АСТРОНОМІЯ - ДИТЯЧА ЕНЦИКЛОПЕДІЯ - ФОЛІО 2005

V

ГАЛАКТИКИ — ОСТРОВИ У ВСЕСВІТІ

Квазари

На відміну від більшості галактик, які є досить стабільними та спокійними угрупуваннями зірок, пилу та газу, деякі з представниць виглядають дуже активними. Це так звані галактики з активними ядрами, що вивільняють у космос величезні кількості енергії у вигляді випромінювання та тепла. Іноді вони також викидають частину своєї речовини зі швидкістю, що наближається до швидкості світла. Це так звані джети, що свідчать про потужні вибухові процеси всередині такої галактики. Найпотужніші з активних галактик мають і свою особливу назву — квазари.

Ця з першого погляду містична назва має свою історію. На початку 1960-х років XX століття молодий професор Маартен Шмідт з Каліфорнійського технологічного інституту займався зіставленням джерел радіовипромінювання з відомими астрономічними об’єктами. Здебільшого нові джерела радіосигналів видавалися звичайними нормальними галактиками. Аж ось Шмідт зіштовхнувся з таємничою несподіванкою.

Джерело радіосигналів, позначене як ЗС 273 (ЗС відповідає Третьому Кембриджському радіокаталогу), у телескоп виглядало блакитною зіркою. Проте у своєму спектрі воно мало лінії, що не відповідали жодному з відомих на Землі хімічних елементів. Кілька місяців пройшло у спробах розкрити таємничу загадку. Після такої виснажливої роботи Шмідт дійшов цікавого висновку: у спектрі були зовсім не невідомі лінії. Це були смуги Гідрогену, проте вони були дуже сильно зміщені у червоний бік. За законом Хаббла вчений розрахував, що об’єкт ЗС 273 віддаляється від нас зі швидкістю, що становила 17% від швидкості світла!

Галактика з активним ядром М87. Фото: Девід Мелін, Англо-Австралійська обсерваторія

Далі Шмідт розрахував відстань від Землі до таємничого об’єкта, а потім — його світність. І ось тут на нього чекала головна, перехоплююча подих несподіванка: ЗС 273 мав світність, що у 1 000 000 000 000 разів перевищувала світність Сонця! Це означало, що дивний об’єкт був потужніший за сотні галактик, подібних до Молочного Шляху!

Згодом було відкрито схожі, іноді ще віддаленіші об’єкти. Через те, що перші з них були дуже сильними джерелами радіовипромінювання, а через звичайні телескопи виглядали, наче зорі, такі об’єкти назвали «квазізоряними радіоджерелами», або скорочено — квазарами. Пізніше стало очевидним, що більшість квазарів не є потужними радіоджерелами, проте назва залишилася.

Довгі роки вчені всього світу сперечалися, чи можна взагалі пристосувати закон Хаббла до квазарів. Деякі висловлювали думку, що велике значення червоного зміщення, властиве квазарам,

має якісь інші причини. Тобто, говорили вони, насправді квазари значно ближчі до нас і не є настільки потужними джерелами світла.

Нині більшість астрономів відсторонилася від подібного роду дебатів. Удосконалення телескопів дозволило зробити детальні знімки, що показують тонкощі життя квазарів. Так, виявилося, що насправді квазари знаходяться у центрах дуже віддалених галактик та надто часто опиняються членами далеких галактичних скупчень.

Явище гравітаційного лінзування було передбачено ще Альбертом Ейнштейном. Воно створює ілюзію подвійного зображення астрономічного об’єкта через те, що на шляху світла до Землі йому зустрічається дуже масивний об’єкт. Це якби ви дивилися на щось через неякісну лінзу: вона роздвоює (чи розмножує) зображення. Саме так діє на світло сильна гравітація дуже масивних об’єктів. Уперше гіпотеза Ейнштейна отримала експериментальне підтвердження у 1979 році. З того часу відкрито цілу низку гравітаційних лінз. Найсильніша з них була відкрита в середині 80-х років на обсерваторії Кітт-Пік. При спостереженні квазара, віддаленого від Землі на відстань 5 мільярдів світлових років, було зафіксовано його роздвоєння на цілих 157 кутових секунд! Це дуже багато, адже переважна більшість гравітаційних лінз приводить до роздвоєння зображень об’єктів усього на 5—10 кутових секунд. Очевидно, що причиною такого колосального ефекту гравітаційного лінзування є надмасивна чорна діра, що приблизно у 1 000 разів важча за нашу Галактику.

Астрономи докладають багато зусиль у прагненні зрозуміти, що дає можливість галактикам з активними ядрами, а особливо квазарам, вивільняти таку велетенську кількість енергії у вигляді світла та тепла, особливо беручи до уваги їх досить невеликі розміри. І тільки одна можливість спадає на думку: це енергія, що утворюється в результаті поглинання великої кількості речовини надмасивними чорними дірами. Очевидно, що саме вони і лежать у центрах активних галактик.

Чи це дійсно так? Чи справді надмасивні чорні діри є причиною вражаючої активності квазарів та інших активних галактик? Повірити у сам факт існування надмасивних чорних дір (та й чорних дір узагалі!) довгий час було важко. Довести, що певний об’єкт є чорною дірою, узагалі дуже важко, бо вони не випромінюють світла. «Побачити» ці об’єкти, що так сумлінно маскуються, можна лише за непрямими ознаками. Видати присутність чорної діри може, наприклад, матерія, що обертається з великою швидкістю навколо чогось невидимого.

Такий доказ уперше було отримано у 1994 році. При спостереженні галактики М87, що є порівняно недалекою від нас, орбітальний телескоп імені Хаббла зробив детальні знімки її ядра. Виявилося, що в його спектрі лінії роздвоєні, тобто одна частина ядра весь час наближається до нас, а інша — віддаляється (подібно до спектральних подвійних зір). Це — прямий доказ того, що речовина ядра обертається навколо чогось невидимого, причому зі швидкістю в сотні кілометрів на секунду! Майже очевидно, що в центрі галактики М87 знаходиться надмасивна чорна діра з масою понад 2 мільярди мас Сонця!

Гравітаційна лінза в галактичному скупченні Abell 2218.

Фото: Космічний телескоп імені Хаббла

Більшість квазарів знаходиться майже на половині шляху до так званого космологічного горизонта — межі, за якою Всесвіт не існує. Тобто, вважається, що він просто не встиг туди розширитися. Найвіддаленіші ж серед відомих сучасній науці квазарів знаходяться ще далі. Світло, що приходить від них нині, було випущене, коли Всесвіт був удесятеро молодшим, ніж сьогодні.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити