Наблюдательные свойства квазаров
Открытие квазаров (Маартин Шмидт (1963)) было основ ным фактором, вызвавшим в последние годы огромный ин терес к вопросам релятивистской астрофизики. Истории откры тия этих объектов, их изучению, теориям их строения было посвящено много оригинальных и обзорных работ. Мы не ста нем здесь подробно останавливаться на описании всех работ и перечислении предложенных теорий квазаров. Интересующихся отсылаем к переведенному на русский язык обзору Гринстейна (1963) с добавлениями Л. М. Озерного (1964), а также к пере водному сборнику под редакцией Ю. П. Псковского (1965), к трудам симпозиума № 29 MAC , к ежегодным сборникам тру дов «техасских» симпозиумов и к наиболее полному обзору Е. М. Бербидж (1967). Там же см. и список литературы.
Общепринятой или даже просто достаточно убедительной теории квазаров сейчас нет. Нам кажется, что постепенно все же вырисовываются контуры такой теории. Ниже мы очень ко ротко напомним экспериментальные данные о квазарах и оста новимся на некоторых попытках объяснения их природы, кото рые, на наш взгляд, являются наиболее перспективными.
Квазары в оптическом диапазоне наблюдаются как точеч ные объекты малой яркости (ярчайший, он же и ближайший квазар ЗС 273 -~13 m ), иногда (для ближайших из них) с диф фузным выбросом или ореолом. С этими оптическими объ ектами отождествляются радиоисточники малого углового раз мера (обычно секунда дуги и меньше). Число открытых ква заров по данным на январь 1967 г. около 150, примерно у 100 из них проведено отождествление спектров и найдены красные смещения.
С квазарами весьма сходны открытые Сэндиджем (1965) так называемые квазизвездные галактики, которые во всем по добны квазарам, за исключением того, что у них не имеется сильного радиоизлучения. Число квазизвездных галактик, по видимому, в десятки раз больше, чем число квазаров.
Спектры квазаров содержат (в эмиссии) наряду с обычными запрещенные линии высокоионизованных элементов. Линии имеют ширину 10—50 А и более. У некоторых квазаров есть в поглощении узкие резонансные линии. Подробнее см. Допол нение VI .
Линии в спектрах показывают сильное красное смещение: у ЗС 273 z = ??/?= 0,158, у других z больше. Уже известны во семь источников с z >2. Это смещение не может быть гравита ционным *) уже потому, что максимальное возможное гравита ционное смещение на поверхности стационарной звезды (см. § 5 гл. 10) z? 0,4 (или z <0,62, по Бонди). Следовательно, красное смещение вызвано удалением объектов с огромными скоро стями. Объекты внутри Галактики не могут только удаляться от нас, да еще соблюдая статистическую зависимость между видимой величиной и красным смещением. Поэтому следует считать, что смещение вызвано космологическим расширением Метагалактики, и квазары удалены от нас на огромные рас стояния, которые можно определить по красному смещению, Зная расстояние и наблюдаемый поток на Земле, можно опре делить полный поток энергии от квазара. Этот поток с учетом инфракрасного излучения (Лоу и Джонсон (1965)) оказывается порядка 10 47 эрг/сек, что на два порядка больше потока энер гии от ярчайших галактик.
Сделав предположение о примерной стационарности плазмы объекта под действием сил излучения и тяготения в области, где образуется непрерывный спектр (линии излучения обра зуются дальше от ядра во внешней оболочке), и применив со ображения о световом равновесии (§ 9 гл. 10), получаем оценку нижней границы массы квазара. Для потока L ?3 *10 47 эрг/сек от квазара ЗС 273 это дает М = 3 * 10 9 M Q (Зельдович, Новиков (1964с)). Анализ физических условий в оболочке сверхзвезды можно найти в работе И. С. Шкловского (1964), работах Грин стейна и Шмидта (1964, 1965) и работе Бербиджей, Хойла и Линдса (1966).
В январе 1967 г. Хойлом и Фаулером (1967) предложена модель ква зара, в которой авторы пытаются объяснить большие z гравитационным красным смещением. По их модели квазар является компактной галактикой из нейтронных или застывших звезд с M ?10 12 -?10 13 M Q и R ~ 10 18 -?10 19 см. Галактика прозрачна для света. В центре имеется газовое облако, дающее линии излучения. В центре Галактики гравитационный потенциал много больше, чем па поверхности. Он, по мнению авторов гипотезы, вызывает красное смещение линий и может давать z >2. Мы не имеем здесь воз можности остановиться подробно на критике этой гипотезы и заметим только, что если равновесная эволюция Галактики идет по серии изотермических со стояний, то, по-видимому, и в центре потенциал не может быть столь высок.
Первым удивительным свойством квазаров оказалась пере менность их оптической яркости, открытая одновременно совет скими (Шаров и Ефремов (1963)) и американскими астроно мами (Смит и Хоффлейт (1963)). Многие из специально иссле дованных на переменность квазаров оказались переменными. Яркость квазаров меняется более или менее периодически с пе риодом в несколько лет, а иногда наблюдаются резкие измене ния яркости (примерно на 60%) за неделю (см. Шмидт (1966), Озерной и Чертопруд (1966)). Это означает, что линейные раз меры излучающей поверхности не более световой недели (!). Наблюдения показали изменения потока не только в непрерыв ном спектре, но, возможно, и в линиях (Бербиджи (1966)).
Наконец, анализ непрерывного спектра (а также наличие радиоизлучения) говорит в пользу магнитотормозной природы излучения (литературу см. в упомянутых выше работах). Вто рым, не менее удивительным свойством квазаров является ра диопеременность (Шоломицкий (1965)). Хотя другие наблюда тели не подтвердили выводов Шоломицкого о переменности СТА-102, но обнаружили переменность других объектов. Изме нение радиояркости обладает рядом интересных особенностей. В частности, на разных длинах волн интенсивность меняется по разному, иногда с производными разных знаков.
Изменение радиояркости показывает, что не только видимое излучение, но и радиоизлучение испускается из весьма малой области. Это в свою очередь накладывает ограничения на воз можность объяснения радиоизлучения магнитотормозным ме ханизмом, ибо в сравнительно плотной плазме наблюдалось бы явление реабсорбции излучения (см. В. И. Слыш, 1963). Вероят ным механизмом излучения здесь может быть когерентное плаз менное излучение (В. Л. Гинзбург, Л. М. Озерной (1965 b )). Еще одной примечательной особенностью квазаров является то, что они не встречаются в скоплениях галактик, в то время как подавляющее большинство галактик входят в скопления. Это тем более удивительно ввиду того, что так называемые сейфер товские галактики, ядра которых напоминают квазары в умень шенном масштабе, входят в состав скоплений так же, как и обычные галактики.
Задачи по физике с решениями Интересное и познавательное о астрофизике