|
|
 |
|
 |
|
Сверхмассивные чёрные дырыВ принципе возможно существование черных дыр массой в миллионы и даже миллиарды масс Солнца. Если такие дыры действительно есть, то что они из себя представляют и как мы могли бы их обнаружить? Что касается черных дыр солнечной массой, то их могут “выдать” сильные гравитационные поля, которые, например, сказываются на движении звезд в окрестности черной дыры. В случае же сверхмассивных дыр их приливные силы могут искажать структуры целых галактик. По всей вероятности, сверхмассивные дыры, поглощающие вещество, должны быть исключительно мощными источниками энергии, однако весьма компактными по космическим масштабам; так, радиус Шварцшильда черной дыры массой 50 млн. М0 примерно равен радиусу земной орбиты, а черная дыра, содержащая в себе массу целой галактики, должна иметь радиус всего '/зо св. года. Второй доступной наблюдению существенной особенностью сверхмассивных черных дыр должен быть сильный эффект гравитационной линзы.
Наилучшими объектами наблюдений для “охотников” за черными дырами, по-видимому, следует считать компактные мощные источники энергии, излучаемой в результате аккреции вещества на массивные черные дыры. В галактиках концентрация вещества гораздо выше, чем в межгалактическом пространстве, в пределах же самих галактик наибольшей плотностью отличаются центральные области. Поэтому азартный охотник за черными дырами может считать галактические ядра самым подходящим местом для “охоты”. Но насколько обоснованы такие предположения?
За последние 20 лет было установлено, что очень много разнообразных и загадочных источников света, радиоволн и других видов излучения находится далеко за пределами нашей Галактики. Эти объекты характеризуются общим свойством: они довольно компактны и излучают энергию, значительно превосходящую энергию излучения таких средних галактик, как наша собственная. Среди этих удивительных астрономических объектов — мощные радиогалактики, квазары, объекты типа BL Ящерицы, сейфертовские галактики, галактики класса N, взрывающиеся галактики и другие специфические объекты, известные как галактики со сверхактивными ядрами. Свет обычной галактики создается миллиардами звезд, разбросанных в огромной области пространства размером в поперечнике порядка 100 000 св. лет; излучение перечисленных выше необычных космических источников испускается не нагретыми телами вроде звезд — механизм этого излучения должен быть иным.
Радиогалактики—мощные источники радиоизлучения; впервые их удалось отождествить с визуально наблюдаемыми, оптическими, галактиками в 1948 г. Тогда В. Бааде и Р. Минковский из обсерватории Маунт-Паломар показали, что объект Лебедь А, самый яркий радиоисточник на небе, по своему местоположению совпадает с пекулярной галактикой, раздвоенная структура которой, по мнению этих ученых, должна свидетельствовать о столкновении двух галактик. Лебедь А находится от нас на расстоянии около миллиарда св. лет, и излучаемая им в радиодиапазоне энергия огромна: она сравнима с энергией излучения тысячи миллиардов солнц.
С тех пор было открыто множество радиогалактик: у некоторых из них источник радиоизлучения находится в центре, но большая часть таких галактик обладает “двухлепе-стковой” структурой; две области, излучающие в радиодиапазоне, расположены по разные стороны от видимой галактики и удалены друг от друга на расстояние до 10 млн. св. лет (рис. 39). Некоторые из таких двухлепестковых систем, как оказалось, имеют еще и компактный центральный источник, испускающий энергию гигантской мощности из области менее нескольких световых лет в поперечнике; метод измерения, называемый методом интерферометрии со сверхдлинной базой, позволил установить, что в ряде случаев размеры центрального источника оказываются даже меньше светового года.
Радиоизлучение, испускаемое двумя лепестками радиогалактик, относится к типу так называемого синхротронного излучения: оно создается электронами, движущимися в сильных магнитных полях со скоростями, близкими к скорости света. Чтобы электроны могли достичь таких скоростей, они должны были каким-то образом приобрести чрезвычайно высокую энергию, и поэтому принято считать, что наблюдаемые лепестки радиоизлучения состоят из облаков вещества, выбрасываемого из ядра центральной галактики. Очевидно, в таких системах присутствуют компактные источники энергии.
Термином “квазары” кратко называют квазизвездные радиоисточники, по всей видимости самые яркие и самые загадочные объекты из всех известных в астрофизике. Хотя об их существовании известно уже около 20 лет, жаркие споры относительно их истинной природы не прекращаются до сих пор. Несмотря на то что в настоящее время почти построена вполне правдоподобная модель квазаров, которая завоевывает все большее признание, по-прежнему существует немало других, зачастую противоречащих друг другу теорий, ни одна из которых не дает удовлетворительного решения проблемы.
Первым квазаром, отождествленным с оптическим объек том, был квазар ЗС 273 (под этим номером он зарегистрирован в Третьем кембриджском каталоге радиоисточников). В 1962 г. К. Хазард и его коллеги, ведя наблюдения с помощью 64-метрового радиотелескопа в Паркской обсерватории (Австралия), смогли очень точно указать положение этого источника, выждав момент, когда его закрыл край лунного диска; при этом обнаружилось, что источник двойной. Затем он был отождествлен со звездоподобным объектом по фотографии, сделанной на 200-дюймовом (5-метровом) телескопе обсерватории Маунт-Паломар; выяснилось, что более слабый из двух источников радиоизлучения совпадает со звездоподобным объектом, а более яркий радиоисточник находится на конце тонкого светящегося выброса, извергаемого этой “звездой”.
Однако по-настоящему интенсивное изучение квазаров началось в 1963 г., когда М. Шмидт из Обсерватории им. Хей-ла, исследуя оптический спектр объекта ЗС 273, обнаружил, что его красное смещение составляет 0,158; если интерпретировать эту цифру с помощью эффекта Доплера, то квазар с таким красным смещением должен удаляться от нас со скоростью, составляющей около 15% скорости света! Предположив, что объект ЗС 273 расположен далеко за пределами нашей Галактики и что его скорость объясняется общим космологическим расширением Вселенной, как это экспериментально установлено для всех далеких галактик, мы найдем, что расстояние до этого квазара равно 3 млрд. св. лет. Но если это так, то иметь наблюдаемую яркость данный квазар может только при условии, что мощность его излучения составляет Ю'40 Вт, что в сотни раз превышает мощность излучения обычной галактики, подобной нашей. Но несмотря на такую феноменальную яркость, квазар по своим размерам очень мал. Прямые измерения показали, что радиоисточник ЗС 273В (совпадающий со звездоподобным объектом) сам состоит из двух лепестков, отстоящих друг от друга всего на несколько световых лет, а по изменению яркости квазара удалось установить, что главный источник энергии, по-видимому, имеет размеры не больше 1 св. года. Как может источник столь малых размеров излучать такое же количество света, как сотни галактик?
С того времени было открыто множество квазаров, и, хотя не каждый из них является источником радиоизлучения, все они отличаются компактностью, значительным красным смещением и у большинства из них яркость заметно изменяется с периодом около года или меньше. Большинство квазаров интенсивно излучает в инфракрасной области спектра, а последние наблюдения с помощью рентгеновского спутника “Эйнштейн” показали, что по крайней мере 60 из известных квазаров являются также мощными источниками рентгеновского излучения. У одного из них, объекта ОХ 169, яркость в рентгеновском диапазоне изменяется в 2—3 раза за период около 100 мин; это означает, что главный источник энергии здесь по своему размеру не должен превышать Солнечную систему. Очевидно, в квазарах должны находиться какие-то весьма специфические компактные источники энергии.
Не все астрономы сразу согласились (а некоторые остаются при своем мнении и поныне) с тем, что квазары очень удаленные объекты. Одна из альтернативных гипотез строится на предположении, что квазары—это локализованные объекты, возможно выброшенные из нашей Галактики и удаляющиеся от нее с огромной скоростью. В этом случае нет нужды приписывать квазарам столь невероятной мощности излучения. С другой стороны, не может не казаться странным, что только наша Галактика выбрасывает объекты такого рода: если квазары были выброшены из ядра Галактики, то сейчас они должны находиться на довольно больших расстояниях от нее, поскольку, как показывают наблюдения, они довольно равномерно распределены по всему небу. Но если “наши” квазары улетели так далеко от Галактики, то должны быть и квазары, выброшенные другими галактиками; тогда следовало бы ожидать, что у “чужих” квазаров, приближающихся к нам, мы обнаружили бы фиолетовое смещение. А гипотеза, которая выделяет нашу Галактику как единственный центр некой большой системы астрономических объектов, безусловно, чем-то сродни геоцентризму.
В качестве альтернативного объяснения феномена квазаров в противовес гипотезе космологического разбегания выдвигалась гипотеза гравитационного красного смещения, однако этот механизм оказался на в состоянии объяснить все наблюдаемые случаи. Даже если таким образом удается “списать” часть красного смещения квазаров, все равно остается огромная “космологическая доля” красного смещения, а проблема, связанная с чудовищной энергией излучения квазаров, остается неразрешенной.
Исследование распределения квазаров на небе подтверждает мысль, что они действительно чрезвычайно удалены от нас, и подавляющее большинство астрономов согласны с этим. Но и это правило не без исключений. Например, Ф. Арп и другие астрономы обнаружили квазары, находящиеся столь близко к обычным галактикам, что вряд ли можно считать, что они просто лежат на одном луче зрения; тем не менее красное смещение таких квазаров гораздо больше красного смещения соседних галактик. Возможно, эти квазары и в самом деле как-то связаны с галактиками, а различие в красном смещении вызвано гравитационным или каким-либо другим, пока неизвестным взаимодействием.
Если исходить только из величины красного смещения, то ближайший к нам квазар находится на расстоянии около 800 млн. св. лет, а самый далекий из известных — на расстоянии почти в 16 млрд. св. лет. Однако, оперируя столь большими цифрами, как последняя, мы должны учитывать не только потенциальную возможность больших ошибок, но также влияние на наши оценки расстояний самой крупномасштабной геометрии Вселенной; поэтому не следует считать эти цифры вполне надежными.
Некоторые квазары обладают еще одним, может быть самым загадочным, свойством. Центральные радиоисточники (т. е. их компоненты, расположенные в центральной области, составляющей в диаметре несколько десятков световых лет) ряда квазаров, в том числе и квазара ЗС273, расширяются или разлетаются на части со скоростью, явно превышающей скорость света.
Подсчитано, что скорость расширения объекта ЗС 273 составляет около Зс, а у квазара ЗС 84 она достигает почти 8с. Если скорости действительно столь велики, то это следует считать нарушением одного из самых фундаментальных положений теории относительности, иначе говоря самых основ современной физики.
А не существует ли другого объяснения этого явления? Предпринимались многочисленные попытки создать подходящие теоретические модели—от предположений, что квазары находятся ближе к нам, чем можно судить по их красному смещению, и тогда измеряемая угловая скорость их расширения соответствует меньшим значениям линейной скорости движения, и до геометрических построений, в которых скорость движения разбегающихся источников, будучи близкой (но меньшей) к скорости света, может казаться превышающей ее.
Нетрудно представить себе ситуацию, когда мы, казалось бы, наблюдаем сверхсветовые скорости. В модели, изображенной на рис. 40, сигнал, идущий со скоростью света от точечного источника, попадает в середину стержня, покрытого люминесцентным составом. Другие лучи, попадающие в точки стержня, все более удаленные от середины, вызывают в люминесцентном покрытии стержня короткие вспышки света. При этом наблюдатель увидит, что вспышка в середине стержня разделяется на две, которые разбегаются к концам стержня со скоростью, заметно превышающей скорость света. На самом деле никакие две вспышки не разбегаются из середины стержня со сверхсветовыми скоростями; просто различные участки стержня освещаются источником в разное время, и в силу геометрических особенностей данной системы создается впечатление, что два различных сигнала движутся со сверхсветовой скоростью.
Подобные геометрические “конструкции” в виде длинных выбросов или движущихся от центрального ядра облаков космического вещества вполне могут существовать и в квазарах, порождая обманчивое впечатление движения с сверхсветовыми скоростями; по-видимому, нам не стоит беспокоиться об уязвимости светового барьера.
Класс сейфертоеских галактик впервые был выделен в 1943 г. американским астрономом Карлом Сейфертом. Это спиральные галактики (наша Галактика также имеет спиральную структуру) с очень ярким ядром, линии спектра которых соответствуют излучению возбужденных атомов газа, движущегося со скоростью в несколько тысяч км/с, гораздо ярче обычных галактик; на фотографиях с малой экспозицией они скорее похожи на звезды — настолько много света излучают их центральные области. Большинство сейфертовских галактик имеют высокую яркость также в инфракраснем диапазоне, но не очень активны на радиочастотах. Радиоисточиики в центре этих галактик слишком малы, и разрешающая способность современных инструментов недостаточна, чтобы выделить эти источники, но оказалось возможным определить верхние пределы их размеров. Ядро сейфертовской галактики NGC4151 удалось сфотографировать с помощью телескопа, установленного на шаре-зонде. По подсчетам, диаметр ядра не превышает 20 св. лет, но это явно завышенная цифра, так как флуктуации яркости источника соответствуют излучающей области размером всего в несколько световых лет, а возможно даже меньше.
Квазары, сейфертовские галактики и центральные источники ярких радиогалактик обладают общими свойствами: это очень мощные, компактные и быстропеременные источники излучения. Наиболее “удобной” моделью, объясняющей их поведение, считается черная дыра, окруженная диском аккреции. Есть искушение рассматривать каждый из таких источников как различные проявления объекта, одного и того же типа—галактики с чрезвычайно активным ядром, в центре которой скрывается черная дыра; ее сверхсильное гравитационное поле и порождает все вышеперечисленные наблюдаемые явления. Предполагается, что яркость ядра квазара (собственно квазара) столь велика, что внешние облака вещества, окружающие объект, не видны. В сейфертовских галактиках центральный “реактор” имеет меньшую мощность, поэтому на фотографиях, снятых с большой экспозицией, может быть зафиксирована целиком вся галактика. Различие в яркости ядер объектов, вероятно, зависит от целого ряда факторов, в первую очередь от массы центральной черной дыры и количества вещества, которое она может захватить. Сверхмассивные черные дыры, в которые падают облака газа и целые звезды, могут быть самыми яркими объектами во Вселенной. Если черная дыра превращает массу падающего в нее вещества в энергию с кпд 10%, то для поддержания светимости квазара потребуется не так уж много “топлива”. При средней мощности квазара, 1039—10^ Вт, количество вещества, поглощенного черной дырой за год, не должно превышать нескольких солнечных масс.
Предположение, что сейфертовские галактики, радиогалактики и квазары представляют собой различные проявления одного и того же физического процесса, выглядело бы еще более приемлемым, если бы удалось доказать, что квазары и в самом деле являются частью галактических ядер; однако до сих пор обнаружить сопутствующие им галактики не удалось. Тем не менее такая возможность не исключается, и в ее пользу свидетельствуют объекты типа BL Ящерицы. Получившие свое название от объекта BL Ящерицы — классифицированного вначале как переменная звезда и отождествленного в 1968 г. с необычным радиоисточником,— эти объекты представляют собой яркие точечноподобные источники излучения, которые отличаются еще более быстрой и заметной переменностью, чем квазары. К сожалению, спектр этих источников не имеет каких-либо ярко выраженных особенностей, в том числе явных линий излучения, благодаря которым было открыто красное смещение у квазаров. Правда, в последние годы у некоторых из этих объектов все же были выявлены очень слабые линии излучения и поглощения, что позволило установить, что и здесь наблюдается существенное красное смещение и что эти объекты определенно находятся внутри галактики.
Сходство объектов типа BL Ящерицы с квазарами по их свойствам, а также их расположение внутри галактических ядер делают более убедительным предположение, что и сами квазары находятся внутри галактик. Впрочем, этот вопрос пока еще остается открытым.
В настоящее время есть основания считать, что квазары, объекты типа BL Ящерицы, радиогалактики, сейфертовские и другие специфические галактики в действительности представляют собой разные виды одного и того же явления, отличаясь друг от друга только степенью яркости. Во всех этих случаях центральным источником энергии может быть сверхмассивная черная дыра, поглощающая вещество из окружающего пространства и высвобождающая при этом громадные количества энергии. Неравномерность процесса поглощения вещества может служить причиной нерегулярности вспышек излучения вроде тех всплесков интенсивного радиоизлучения, которые наблюдаются в некоторых двойных радиоисточниках.
Представляют ли эти различные по своему характеру объекты последовательные ступени эволюции или же они принадлежат принципиально разным классам явлений, порождаемых одним и тем же основным механизмом? Высказывалось, например, предположение, что квазар в процессе эволюции может стать радио- или сейфертовской галактикой. На этот счет существуют две противоположные точки зрения: всякая галактика в свое время была квазаром; квазар остается квазаром в течение всей жизни породившей его галактики. Если верно первое предположение, то, поскольку число квазаров мало по сравнению с числом обычных галактик, период активности квазара должен быть довольно коротким— не более нескольких десятков тысяч лет. Если же исходить из второго предположения, то квазары должны сиять во Вселенной на протяжении более 10 млрд. лет, и тогда возникает проблема, откуда они черпают “топливные” ресурсы, чтобы поддерживать столь огромную мощность.
Сегодня считается наиболее вероятным, что период активности квазаров охватывает временной интервал от 10 млн. до нескольких сотен миллионов лет и что через стадию квазара проходит очень мало галактик. Существование квазара заканчивается, когда количество падающего (на черную дыру) вещества становится меньше некоторого порогового значения, поскольку в результате безвозвратного поглощения черной дырой вещества его запасы в галактическом t ядре в конце концов, по-видимому, должны исчерпаться. Вполне вероятно, что сегодня во Вселенной гораздо больше “мертвых” квазаров, чем наблюдаемых — “живых”.
Наличие облаков излучающего вещества, расположенных по обе стороны от центральной галактики, долгое время считалось очевидным следствием извержения вещества из галактических ядер. Последние исследования, проведенные методом интерферометрии со сверхдлинной базой, позволили радиоастрономам выявить аналогичные пары источников (но гораздо меньших размеров) непосредственно в центральных областях активных галактик. Эти внутренние источники, облака или выбросы вещества, в ряде случаев разделены расстоянием всего в несколько световых лет и лежат на одной линии с внешними гораздо большими по размерам “лепестками” радиоизлучения (“радиоушами”). Источник ЗС111, например, имеет два внешних “радиоуха”, отстоящих друг от друга почти на 800 000 св. лет, и на соединяющей их линии находится пара внутренних “радиоушей”, разделенных расстоянием всего в 3 св. года. Особенно интересен гигантский источник NGC 6251: из его центральной области выходит “радиовыброс” длиной около 6 св. лет, направленный вдоль гораздо более длинного (720 000 св. лет) выброса; оба этих источника лежат на линии, соединяющей внешние “радио-уши”, отстоящие друг от друга на 10 млн. св. лет.
Аналогичные черты мы наблюдаем у многих источников, в которых выбросы вещества из центральных областей ориентированы вдоль той же линии, что и излучающие облака, иногда удаленные друг от друга на миллионы световых лет; чтобы успеть столь далеко разлететься, они должны были вылететь из ядра по крайней мере несколько миллионов лет назад. Но как удается ядру “сохранить в памяти” направление, в котором были выброшены первые облака, чтобы спустя миллионы лет после этого выбросить в том же направлении новые струи вещества? Очень массивный источник может сохранять стабильность по отношению к гравитационному и другим возмущениям в течение длительного времени, и есть свидетельства того, что этими объектами могут быть сверхмассивные вращающиеся черные дыры, которые ведут себя подобно гигантским гироскопам: в этом случае направление выбросов вещества, вылетающего вдоль оси вращения, должно оставаться неизменным.
Было предложено несколько моделей, объясняющих механизм выброса вещества вдоль оси вращения черных дыр. В модели Р. Д. Блэндфорда и М. Риса (рис. 41) рассматривается сверхгорячая плазма, которая образуется в результате падения вещества вблизи черной дыры. Высокоэнергетические частицы плазмы могут вырываться из гравитационного поля черной дыры по линиям наименьшего сопротивления, направленным перпендикулярно плоскости вращения диска аккреции, т. е. в направлении оси вращения массивной центральной черной дыры. Потоки таких быстрых частиц, обладающих всеми свойствами, необходимыми для формирования радиои злу чающих облаков, будут вылетать в двух противоположных направлениях вдоль оси вращения дыры. Упомянутый ранее источник SS 433 может служить примером подобного двойного пучка излучения, только меньшего по размеру.
М. Рис предположил, что квазары, яркость которых меняется наиболее сильно, могут быть расположены относительно луча зрения таким образом, что их “выхлопные отверстия” направлены почти на нас, благодаря чему мы без труда замечаем любые флуктуации в выбросах. Такая модель, в частности, пригодна для объектов типа BL Ящерицы. Рис также полагает, что линии испускания в спектрах обычных квазаров обусловлены облаками вещества, окружа- ющими центральный источник; однако если пучок выбрасываемых частиц направлен прямо на нас, то излучение, ответственное за линии испускания, теряется на фоне пучка, и этим, возможно, объясняется отсутствие в спектрах объектов типа BL Ящерицы ярко выраженных линий испускания.
Интересно отметить, что у сейфертовских галактик нет характерных примет двух “лепестков” излучения, расположенных симметрично относительно центрального источника. В то время как “двухлепестковые” радиогалактики, как правило, отождествляются с эллиптическими (обычными) галактиками, содержащими очень мало межзвездного газа, сейфертовские галактики скорее напоминают спиральные галактики, в которых межзвездного газа довольно много. Вполне разумно предположить, что причина отсутствия двух-лепестковой структуры у сейфертовских галактик кроется в том, что содержащийся здесь в больших количествах газ мешает веществу, выброшенному из ядра, разлетаться на большие расстояния.
Предлагались и другие модели для объяснения двухлепе-стковой структуры. Например, М. Дж. Валтонен из университета шт. Алабама и его коллеги высказали гипотезу, что гравитационное взаимодействие между несколькими черными дырами, содержащимися в галактическом ядре, могло бы привести к “выстреливанию” из центральной области в противоположных направлениях двух черных дыр, в местах сегодняшнего расположения которых и находятся излучающие области двойных источников излучения.
В целом результаты наблюдений упорно наводят на мысль, что центральными “реакторами” всего множества активных объектов — сейфертовских галактик, объектов типа BL Ящерицы, квазаров и мощных радиогалактик — являются сверхмассивные черные дыры массой от 10 млн. М© до нескольких миллиардов.
Однако возможны и другие модели. К примеру, высказывалось предположение, что ядро квазара может быть очень массивной сверхъяркой звездой или плотным скоплением массивных звезд, где происходит что-то вроде цепной реакции взрыва сверхновой. Другая гипотеза состоит в том, что в таких объектах происходит неполный коллапс материи, причем формированию черной дыры препятствуют вихревые магнитные поля огромной напряженности — модель “магнито-ида”, или “спинара”.
Все эти модели имеют одно слабое место: любая из рассматриваемых в них систем за довольно короткое время должна превратиться в сверхмассивную черную дыру. У сверхмассивной звезды этот процесс должен происходить очень быстро, а спинар, постепенно теряя энергию, возможно, просуществовал бы до своего коллапса в черную дыру не более нескольких миллионов лет. Звезды, образующие массивное звездное скопление, по мере своего сближения должны были бы терять энергию (если бы многие из них прошли стадию сверхновой, то они так или иначе превратились бы в черные дыры), и в результате в процессе взаимного падения друг на друга они все равно сформировали бы сверхмассивную черную дыру. Наиболее вероятно, что любое массивное тело или несколько таких тел в центральной части галактики в конечном счете должно образовать черную дыру. И поэтому самой простой и наиболее правдоподобной представляется именно модель с черной дырой. Как заметил профессор М. Рис, на сегодняшний день модель сверхмассивной черной дыры — “самое удачное приобретение”.
Существует много путей эволюции вещества галактических ядер в сверхмассивные черные дыры, например непосредственный коллапс газового облака, коллапс сверхмассивной звезды, происходящий очень быстро, причем звездная стадия — это лишь краткая пауза в процессе коллапса облака газа. Сверхмассивная черная дыра может сформироваться также в результате увеличения массы черной дыры, возникшей в результате коллапса одиночной массивной звезды, за счет аккреции вещества или поглощения массы окружающей ее галактики, сформировавшейся позже. В связи с последним вариантом стоит упомянуть о некоторых данных (см. гл. 11), свидетельствующих о том, что образование звезд могло происходить на самом раннем этапе жизни Вселенной, еще до формирования галактик; высказывалось мнение, что массивные черные дыры как раз и послужили теми активными центрами, вокруг которых позднее сформировались звездные острова—галактики.
В общем гипотез существует более чем достаточно, но выяснить, насколько верна та или иная из них, мы пока не имеем возможности. Впрочем, есть несколько специфических объектов, наличие в которых центральных черных дыр кажется весьма вероятным.
Один из таких объектов — гигантская эллиптическая галактика М 87 в созвездии Девы. На ее фотографиях, сделанных с малой экспозицией, явно виден тонкий световой выброс из центрального ядра, а наблюдения в радиодиапазоне показывают, что М 87 является мощным источником короткопери-одических вспышек радиоизлучения. Кроме того, он излучает и в рентгеновском диапазоне. В 1978 г. У. Л. У. Сарджент и П. Дж. Янг из Обсерватории Хейла, А. Боксенберг и К. Шортридж из Лондонского университета,.К. Р. Линде из Национальной обсерватории Кит-Пик и Ф. Д. А. Хартвик из университета шт. Виктория опубликовали результаты спектроскопических наблюдений, из которых следовало, что звезды, удаленные от центра галактики менее чем на 300 св. лет, движутся с гораздо большими скоростями, чем звезды за пределами этой границы. Это явление можно объяснить наличием очень большой массы в галактическом ядре. Данные указанных наблюдений очень хорошо совпали с результатами расчетов для модели с черной дырой массой в 5 млрд. М0.
Одновременно с этими исследованиями П. Дж. Янг, Дж. А. Вестфал, Дж. Кристиан и К. П. Уилсон из Обсерватории Хейла, а также Ф. П. Ландауэр из Лаборатории реактивного движения НАСА, изучая поверхностную яркость галактики М 87, обнаружили яркий точечноподобный источник в ее центре. Цвет и светимость этого “всплеска” интенсивного излучения можно объяснить, используя модель плотного скопления обычных звезд; в этом случае данные наблюдений опять же достаточно хорошо согласуются с гипотезой присутствия здесь черной дыры массой в 5 млрд. М0.
Объект М 87 не обладает яркостью квазара и, по существу, не содержит межзвездного газа. Расчет показывает, что падение на черную дыру вещества массой всего 1% массы Солнца за год при кпд превращения массы в энергию, равном всего лишь 0,002%, было бы вполне достаточным, чтобы поддерживать наблюдаемую интенсивность излучения объекта М 87; поэтому центральная черная дыра вполне могла бы обеспечивать наблюдаемую светимость объекта за счет потери массы ближайших к ней звезд.
Единственное возможное объяснение состоит в том, что объект М 87 — потухший квазар. В отдаленном прошлом, когда межзвездного газа, служащего “топливом” для черной дыры, было в избытке, М 87, возможно, был одним из ярчайших квазаров.
Большое внимание ученых привлек и другой интересный объект—радиогалактика Центавр А. Это ближайшая к нам радиогалактика, находящаяся на расстоянии всего 16 млн. св. лет, и, хотя она представляет собой не очень мощный источник радиоизлучения, вызывает интерес ее ярко выраженная двухлепестковая структура. На фотографии этот объект выглядит удивительно красиво: эллиптическая галактика, пересеченная темной полосой (пыли). У галактики был обнаружен выброс, излучающий в рентгеновском диапазоне, который вытянут в том же направлении, что и источники оптического излучения и радиоволн. Хотя мощность радиоиз- лучения этой галактики очень мала по сравнению с мощностью излучения квазаров, все же она довольно значительна — 1035 Вт. В ядре галактики скрывается крошечный переменный источник радио-, инфракрасного и рентгеновского излучений; как показывают наблюдения, размеры области радиоизлучения составляют около 1 св. суток, а размеры области рентгеновского излучения — всего несколько световых часов. Хотя в настоящее время мощность этого радиоисточника невелика, энергия частиц, из которых состоят “радиоуши” галактики, свидетельствует о том, что в прошлом Центавр А был гораздо более активным источником, и не исключено, что сейчас в ядре этой галактики находится черная дыра массой ЮМ© (возможно, и больше), испытывающая настоящий “энергетический кризис”. Если эти предположения соответствуют действительности, то не исключено, что в Центавре А находится ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра, активно захватывающая вещество.
В мае 1979 г. Д. Уолш из Джодрелл-Бэнкской обсерватории (Англия), Р. Ф. Касуэлл из Кембриджа и Р. Дж. Уэйман из Стьюартской обсерватории (шт. Аризона) сообщили о наблюдениях источника, имеющего вид двойного квазара; этот объект (получивший номер 0957+561 А, В) состоит из двух практически одинаковых квазаров, имеющих почти одинаковые яркость и красное смещение и разделенных расстоянием 5,7". По измерениям красных смещений квазаров было установлено, что расстояние между ними составляет всего 220 000 св. лет. Квазары — довольно редкие объекты, так что обнаружение сразу двух квазаров с одинаковыми характеристиками—событие в высшей степени маловероятное.
Авторы открытия высказывают предположение, что это — один квазар, но на луче зрения между ним и Землей лежит тело массой около 10 13 М®, которое играет роль гравитационной линзы. Незначительное различие в яркости и структуре этих двух компонентов источника радиоизлучения можно объяснить небольшим смещением “линзы” относительно луча зрения. Радиоастрономы пока не пришли к единому мнению относительно строения этого радиоисточника (хотя наблюда-тель-“оптимист” без труда бы разглядел в его изображении два полумесяца, что, по-видимому, и следовало бы увидеть через линзу со смещенной оптической осью). Однако результаты оптических наблюдений, проведенных в том же 1979 г., но несколько позже, сотрудниками Стьюартской обсерватории и Обсерватории Хейла, убедительно показали, что на переднем плане между двумя видимыми компонентами нахо- дится галактика с красным смещением, составляющим всего '/з смещения квазара.
Кажется более разумным считать, что именно эта галактика, а не черная дыра играет роль гравитационной линзы, раздваивающей видимое изображение. Тем не менее если эти результаты подтвердятся, это послужит еще одним убедительным свидетельством в пользу общей теории относительности Эйнштейна.
Центр нашей Галактики настолько плотно укрыт от взоров астрономов, вооруженных оптическими инструментами, густыми облаками пыли и газа, что только один фотон из 10 млрд. в состоянии преодолеть расстояние 30 000 св. лет, отделяющее центр Галактики от Земли. К счастью, электромагнитное излучение других частот проходит сквозь пыль, почти не испытывая поглощения; это обстоятельство и позволило установить, что ядро Галактики служит источником радио-, инфракрасного и рентгеновского излучений.
В ядре Галактики находится точечный радиоисточник Стрелец А (западная часть) размером меньше 10 а.е. в поперечнике, т. е. радиоизлучающее ядро Галактики можно вместить в орбиту Сатурна! Некоторые инфракрасные источники в ядре Галактики, по-видимому, являются красными гигантами, но один — совпадающий с объектом Стрелец А (западная часть) — явно представляет собой нечто другое. Исследование микроволнового излучения (линии неона), испускаемого газовыми облаками в центре Галактики, указывает на большие скорости движения частиц в этих облаках, что можно объяснить перемещением облаков под действием гравитационного поля центрального ядра массой 5—8 млн. М®, имеющего в диаметре всего лишь около 1 пс (т. е. примерно 3 св. года). Хотя, возможно, в самом ядре звёзды сконцентрированы очень плотно, их суммарная масса в центральной области, как показывают наблюдения в инфракрасном диапазоне, не превышает, по-видимому, 2 млн. М®.
Таким образом, в галактическом ядре сосредоточена дополнительная масса величиной от 3 до 6 млн. М0; этот излишек вполне правдоподобно можно объяснить присутствием там массивной черной дыры, которая к тому же является “энергетической базой” компактного источника радио-, инфракрасного и рентгеновского излучений. Имеются также свидетельства катастрофических событий — хотя и не столь грандиозных, как те, что связаны с квазарами или радиогалактиками,— происходивших в прошлом нашей Галактики: при наблюдениях обнаружены облака газа, вылетающие из галактического ядра. По мнению В. М. Клюба из Королев- ской обсерватории в Эдинбурге, в центре Галактики находится спинар (см. с. 164), который периодически взрывается, выбрасывая из ядра вещество, а затем вновь возвращается в прежнее состояние; для объяснения этого феномена, как полагает Клюб, требуется создание “новой физики”. Более “традиционный” подход' состоит в объяснении всех наблюдаемых явлений с помощью модели, включающей черную дыру. Кто знает, возможно, и наша Галактика таит в своем ядре черную дыру и может переживать периоды активности по мере увеличения скорости аккреции вещества.
Шаровые скопления — это массивные скопления очень старых звезд, которые содержат от нескольких десятков тысяч до миллионов звезд, сконцентрированных в относительно малом объеме пространства; более сотни тысяч таких скоплений связаны с нашей Галактикой. Издавна считается, что самые массивные звезды сосредоточены ближе к центру скопления, и вполне возможно, что эти звезды в конечном счете могут сформировать черную дыру. Высказывало
|
|
 |
|
 | |
|
