регистрируется на Земле. Типичный пример пульсара —

взаимодействии с электронами превратятся в нейтроны.

нейтронная звезда в Крабовидной туманности. Для пуль-

Так получится компактная звезда, состоящая из нейтронов.

саров с периодом 0,5–2 с возраст составляет от 106 äî 30 106

Снаружи нейтронное ядро будет обрамлять железная кора,

лет, т.е. это сравнительно молодые объекты Галактики. Но

имеющая температуру до 1 млн К. Размеры звезды при-

явление пульсара не связано с пульсациями нейтронных

мерно 12–15 км при средней плотности 1018 êã/ì3. При такой

звезд. При плотности нейтронной звезды в 1015 ã/ñì3 период

огромной плотности нейтронная жидкость является вырож-

пульсаций равен всего 0,001 с, что в сотни раз меньше

денной и подчиняется принципу запрета Паули, препятст-

наблюдаемых периодов у пульсаров. Поэтому была разра-

вующему дальнейшему сжатию. В центре нейтронной

ботана модель вращающейся нейтронной звезды, у которой

жидкости возможна примесь кваркового вещества.

ось вращения не совпадает с магнитной.

Гравитационный коллапс начнется, если же давление

В 1985 г. появилась гипотеза, что источник рентге-

вырожденных нейтронов при вспышке сверхновой не

новского излучения Лебедь Х-3 представляет собой êâàð-

сможет предотвратить дальнейшее сжатие ядра. Когда

ковую звезду. В 1989 г. в центре взорвавшейся СН 1987А

скорость убегания (или вторая космическая) станет равной

обнаружили пульсар со скоростью вращения до 2000 об./с,

скорости света, он неотвратим, и звезда станет черной

самый быстрый из известных, и также предположили, что

дырой. Теория черных дыр, предсказанных ОТО, разра-

он является кварковой звездой. Считается, что после такой

ботана достаточно подробно. Сейчас «подозреваемыми»

вспышки остаток звезды должен превратиться в белого

объектами на черные дыры являются Лебедь Х-1, Скорпион

карлика и туманность.

Х-1, Стрелец А и др.

Массы звезд определяют их конечные судьбы. Гипотезу

Итак, звезды эволюционируют, и эволюция их необ-

о том, что возможно существование звезд огромной плот-

ратима. Грандиозные неравновесные процессы происходят

ности, состоящих только из нейтронов, высказал Ландау

в пульсирующих звездах — цефеидах. В недрах звезд

еще в 1932 г., сразу же после открытия нейтрона. Через два

происходят мощные термоядерные процессы, обеспе-

года эту идею развили В.Бааде и Ф.Цвикки. Они показали,

чивающие выделение огромного количества энергии. В ко-

что такие звезды могут образовываться при взрывах

нечные этапы жизни звезд в них возникают некие упоря-

сверхновых как конечная стадия эволюции массивных

доченные состояния, которые не могут быть описаны

звезд. Если в ядре звезды образовались атомы железа, то

классической физикой. В нейтронных звездах и белых

оно будет продолжать сжиматься и разогреваться под

карликах вещество переходит в новые квантовые состоя-

действием сил гравитации. В таких условиях железо начнет

ния, которые ограничивают энергетические потери.

распадаться на протоны и нейтроны, затем протоны при

Мир галактик столь же разнообразен, как и мир звезд.

на 1283 участках неба. Он нашел, что на один квадратный

Долгое время туманные пятнышки, наблюдаемые в телес-

градус на небесной сфере приходится в среднем 131 галак-

копы, считали туманностями, относящимися к Галактике

тика. Небесная сфера содержит 41253 квадратных градуса,

(воспринимаемой как вся Вселенная). Это — огромные

поэтому общее число галактик до 20-й звездной величины

вращающиеся системы звезд, разнообразные по внешнему

составляет 5,4 млн (звезды до 20-й величины можно наблю-

виду и физическим характеристикам. Их размеры от 1 до

дать в 2,5-метровый телескоп Хаббла).

100 кпк. Они содержат от 107 äî 1012 звезд. Небольшие

Плотность распределения галактик в пространстве

галактики часто являются спутниками больших галактик.

была оценена. Хаббл считал, что галактики распределены

Невооруженным глазом можно увидеть ближайшие к нам

почти равномерно по всем направлениям, хотя галактики

галактики — Магеллановы Облака и Туманность Андро-

образуют скопления è группы. Тесным является скопление

меды. Остальные галактики — только в телескоп, как

из 40 тыс. галактик в созвездии Волосы Вероники (Север-

пятнышки. Классификация галактик в каталогах — М с

ное полушарие), находящееся на расстоянии около 400 млн

номером. Например, М31 — туманность Андромеды. Были

св. лет от нас и занимающее на небе участок почти в 12°.

и другие каталоги. Большой каталог, составленный в СССР

Большие галактики могут быть парными или образовывать

в 60-е годы, содержит более 30000 галактик.

большие группы. Малое и Большое Магеллановы Облака,

Галактики — газовые, пылевые, планетарные,

Наша Галактика и Туманность Андромеды — основа Мест-

спиральные и эллиптические. Отдельные звезды в

ной группы галактик. Иногда группы галактик столь

галактиках стали различать только в 30-е годы. В 1923 г.

тесные, что галактики как бы проникают друг в друга.

Хаббл с помощью 2,5-метрового рефлектора открыл в

Радиусы больших скоплений, содержащих до тысячи галак-

спиральной туманности созвездия Андромеды несколько

тик, составляют до 1–4 Мпк или даже 10 Мпк. Такое

переменных звезд (т.е. с меняющимся блеском) и цефеиду.

скопление наблюдается в созвездии Девы. На расстоянии

По оценке периода колебаний блеска цефеиды он опре-

15 Мпк от нас — оно и есть центр Местного сверхскопления

делил ее звездную величину и расстояние до нее — 900 тыс.

галактик, куда входит и Местная группа галактик (рис.22).

св. лет. Туманность М31 находится вне нашей Галактики.

Размеры таких скоплений растут в связи с общим расши-

Поправка на поглощение излучения межзвездным газом

рением Вселенной.

увеличила это расстояние до 2,2 млн световых лет, что

Галактики по внешнему виду на спиральные,

превышает более чем в 20 раз размеры нашей Галактики.

эллиптические и неправильные разделил Хаббл. Его

Хаббл подсчитал число галактик до 20-й звездной величины

классификация отражает и существенные физические

сверхновых звезд. Для взрыва Лебедь-А выброс энергии

графии этого объекта и оказалось, что объект сильно

оценивается в 10 тыс. раз больше. Такие огромные значения

изменил свой блеск. Выходило, что галактика, состоящая

энергии, превышающие в несколько раз гравитационную

из триллионов звезд, организует звезды, чтобы они син-

энергию связи всех звезд в радиогалактике, имеют своим

хронно меняли свой блеск?! Значит, излучали не звезды, а

источником область галактического ядра, где генерируются

нечто иное, мощность которого соответствовала мощности

релятивистские электроны.

ядер сейфертовских галактик. Зная расстояние до них и

Активные спиральные галактики с развитыми

видимую звездную величину, можно подсчитать свети-

ядрами открыты американским астрономом К.Сейфертом

мость — она фантастически большая: 1053 Äæ/ñ. Ýòè

(1943 г.). Он описал 12 таких галактик — галактик Сей-

космические объекты нового типа получили название

ферта. Диаметры ядер порядка 10 пк, а излучающие области

квазизвезд, или квазаров.

занимают около 1/3. В их спектрах много эмиссионных

Квазизвездных источников — квазаров — известно

линий водорода, гелия и распространенных тяжелых эле-

сейчас уже около тысячи. Внешне похожие на звезду,

ментов, а в спектрах обычных галактик больше линий

квазары излучали в сотни раз больше энергии, чем наша

поглощения. Сейчас известно около ста таких объектов;

Галактика с ее почти 200 млрд звезд. Они занесены в

мощность их меняется со временем, что указывает на

каталоги, имеется статистика их свойств. Похоже, что в

происходящие там какие-то грандиозные процессы. В 1963 г.

раннюю эпоху Вселенной квазаров было больше, почти все

советский астроном Б.Е.Маркарян выделил 600 галактик с

они излучают и в рентгеновском диапазоне, и тоже пере-

повышенной долей излучения в ультрафиолетовой области

менно. Переменность потоков мощного излучения свиде-

(галактики Маркаряна). В них много звезд горячих

тельствует о том, что квазары должны быть невелики —

гигантов, и это как-то связано с активностью ядер галактик.

около 1013 м. Они распределены почти равномерно по

Ядра этих галактик, как и галактик Сейферта, очень

направлениям, но находятся на разных расстояниях. Свет

активны.

от ближайшего к нам квазара идет 1 млрд лет, а от самого

Активность ядер галактик Амбарцумян связывал со

удаленного — 12 млрд лет, значит, мы видим их такими,

взрывами в их ядрах. По его теории (1955 г.), ядра активных

какими они были от 1 до 12 млрд лет назад, тем самым

галактик могут содержать также массы дозвездного ве-

прослеживая время образования этих необычных объектов

щества с неизвестными пока свойствами и источниками

до образования солнечной системы.

энергии. И.С.Шкловский считал, что ядра галактик —

Спектр квазаров по распределению энергии соот-

единые сильно намагниченные вращающиеся плазменные

ветствует синхротронному излучению: много излучают в

тела. Слои этих тел вращаются с разными скоростями, и

ультрафиолете и мощное инфракрасное излучение в широ-

магнитная энергия периодически скачкообразно превра-

кой полосе около 70 мкм. Излучение в рентгеновском

щается в энергию ускоренных заряженных частиц, отсюда

диапазоне велико: для квазара 3С 273, например, оно в 50 раз

и выбрасывание струй в направлении вращения. Сам он

больше по мощности излучения в радиодиапазоне и вдвое

пишет так: «Возможно, что в центральных областях галак-

больше оптического. За время жизни (порядка 106–7 ëåò)

тик реализуется какая-то гигантская, циклически работа-

квазар излучает около 1067 Дж. Для обоснования источника

ющая машина. После взрыва плазменного тела туда посте-

такой огромной энергии предложено много вариантов, но

пенно натекает газ из окружающей среды, что приводит к

пока ни один не может быть принят. Если это аннигиляция,

образованию нового плазменного тела. Все же многое,

то из связи энергии с массой такая энергии эквивалентна

может быть, самое важное, остается загадочным и непо-

потере 5 млн солнечных масс (Мñ), но известно, что

нятным». Стало привычным отождествлять радиоисточ-

состояние звезд с массой 100 Мñ неустойчиво (притяжение

ники либо с туманностями, либо с галактиками. По оценкам,

верхних слоев не уравновешивается ростом давления с

ожидали незначительные потоки радиоизлучения от самых

глубиной). Термоядерный источник в 140 раз менее эффек-

близких звезд, но источники давали намного бо′льшие

тивен, чем аннигиляционный. Может, равновесие поддер-

потоки.

живается быстрым вращением массивной звезды вокруг

В 1963 г. голландский астрофизик М.Шмидт исследовал

оси, магнитными полями и вихревыми движениями в

спектр достаточно яркой звезды 13-й величины, отождеств-

оболочке. В квазарах почти нет легких элементов. Считают,

ленной с радиоисточником 3С 273. Линии водорода были

что они произошли от огромного взрыва в прошлом. Если

смещены на огромную величину, соответствующую ско-

это — образование типа «сверхзвезды», то равновесие в них

рости 42000 км/с, а по закону Хаббла расстояние до источ-

поддерживается быстрым вращением вокруг оси, магнит-

ника должно быть около 600 Мпк, или 2 млрд св. лет. Две

ными полями и вихревыми движениями в оболочке. Может

другие линии совпадали с линиями дважды ионизованного

быть, квазары похожи и на N-галактики с меньшей свети-

кислорода и ионизованного магния. Затем нашли источник

мостью.

с красным смещением линий, т.е. он удалялся от нас. Так

«Первичным источником энергии квазаров и активных

что если это смещение связано с эффектом Доплера, то

ядер галактик должна быть энергия гравитационного

первый источник приближался со скоростью 0,16 с =

взаимодействия центрального, компактного тела и падаю-

= 48000 км/с, а второй удалялся со скоростью 0,8 с =

щей на него плазмы», — считал Шкловский. На снимках

= 240000 км/с. При этом обнаружили, что рядом находится

видны выбросы сгустков горячей плазмы, движущиеся с

очень много объектов, которые движутся вместе, т.е. это

огромной скоростью (0,27 с, как у объекта SS 433) в противо-

далекие галактики. Тогда откуда такая яркость? Астро-

положных направлениях от уплощенного газового диска,

номы А.С.Шаров и Ю.Н.Ефремов сравнили старые фото-

который образуется вокруг компактного объекта, воз-

Космология — наука о строении и эволюции Вселенной,

поэтому в момент «начала» должен был произойти взрыв,

она изучает свойства всей доступной для наблюдений

породивший современную Вселенную. Поскольку тогда

Вселенной как целого. Создание крупных телескопов,

значение Í считалось равным 500 км/(с Мпк), то это время

развитие фотографической астрономии и всеволновой

не превышало 2 млрд лет (меньше даже возраста Земли).

астрономии, спектроскопии и других методов позволили

Это породило разные гипотезы: расширение Вселенной,

изучить распределение галактик в пространстве, их дви-

изменение скорости света, или «старение» фотона на

жения на огромных расстояниях (до 109 ñâ. ëåò). Ìû

огромных расстояниях. Пусть само значение H не очень

окружены огромным миром галактик и квазаров — понять

надежно, но линейный вид зависимости в законе Хаббла

это нельзя было без теории.

считается твердо установленным.

Общая теория относительности (ОТО) — математи-

Âçÿâ H = 75 км/(с Мпк) и считая, что «сегодняшнее»

ческая база современной космологии. Эйнштейн, обобщив

время жизни Вселенной t0 приблизительно равно R0/V0,

закон тяготения Ньютона на случай сильных гравитаци-

подставим V0 = H0R0 из закона Хаббла и получим t0 = 13 ìëðä

онных полей, изменила представления о пространстве и

лет. Учитывая приближенность такой оценки, следует

времени. Тяготеющие массы искривляют вокруг себя

отметить, что величина этого времени, которое называют

пространство–время, а оно воздействует на материю.

возрастом Вселенной, колеблется от 10 до 20 млрд лет.

Эйнштейн, объединив гравитацию и геометрию Римана,

Фридман детально исследовал уравнения ОТО и пока-

получил из средней плотности массы во Вселенной «абсо-

зал, что теория Эйнштейна, как и теория Ньютона, допус-

лютные размеры Вселенной». Но достаточно ли ОТО для

кает в качестве моделей и развивающиеся системы —

понимания явлений мегамира — ведь его масштабы превы-

коллапсирующие. Стабильная Вселенная Эйнштейна явля-

шают лабораторные условия на Земле в 1026 раз?! Изучение

ется нестабильной при малейшем возмущении. Фридман

ближайших к нам галактик показало, что они состоят из

выделил три возможности, соответствующие трем моделям

тех же объектов — звезд, звездных скоплений, туман-

Вселенной: 1) k = 0; расширяющееся евклидово прост-

ностей. Наука не может обойтись без построения рабочих

ранство; 2) k > 0; пульсирующая модель, пространство

моделей, которые уточняются, заменяются частично или

неевклидово (сферический мир); 3) k < 0; монотонно

отбрасываются. Можно построить цепочку объектов мега-

расширяющееся неевклидово пространство (гиперболичес-

мира: видимая Вселенная — галактика — Галактика —

êèé ìèð).

звезда — планета. Общие закономерности развития Все-

В первом случае при Λ = 0 уравнение, описывающее

ленной строятся путем создания моделей.

изменения масштабного фактора со временем имеет точное

Модель пустой Вселенной (1917 г.), в которой два

решение (модель Эйнштейна–де Ситтера). Начавшееся

объекта расположены на столь большом расстоянии, что

расширение продолжается неограниченно, и Í = 2/3t, à

можно пренебречь притяжением между ними, рассмотрел

возраст Вселенной равен t0 = 2/3H. Параметр ускорения не

нидерландский астроном Виллем де Ситтер. Стационар-

меняется и положителен, потому что масштабный фактор

ность мира требовала, чтобы галактики удалялись друг от

растет со временем: R = R0exp(Λ/3ct). В этой стационарной

друга с ускорением. Фактически в его решении содер-

Вселенной (модель Ф.Хойла) плотность, несмотря на

жалось предсказание расширения Вселенной, но до откры-

расширение, поддерживается постоянной за счет непре-

тия Хаббла это представлялась неким казусом. Величина,

рывного «творения» вещества из особого «энергетического

обратная постоянной Хаббла H, имеет размерность вре-

ïîëÿ».

мени. Отсюда заключают, что за это время вещество

Во втором случае при Λ < 0, т.е. при наличии допол-

галактик «разлетелось» из точки наблюдения, это время

нительной силы притяжения, кроме всемирного тяготения,

прошло с того момента, когда оно было сконцентрировано

и открытом искривленном пространстве в пульсирующей

в точке. Наблюдаемые скорости разлета достигают 108 м/с,

Вселенной, в некоторый момент масштабный фактор