11111111111111 2222 3333333333333 44444444 66666666666666666666 5555555555555555 Метагалактики. - презентация

1 Метагалактики

2 Определения Галактики - это гигантские звездные системы, в которых содержаться от нескольких миллионов до десятков и сотен миллиардов звезд. Метагалактика – вся видимая в телескопы часть вселенной. Галактики - это гигантские звездные системы, в которых содержаться от нескольких миллионов до десятков и сотен миллиардов звезд. Метагалактика – вся видимая в телескопы часть вселенной.

3 Метагалактика Кроме звезд в состав галактики входят: межзвездная пыль, межзвездный газ и космические лучи. Основную долю в "вес" галактики вносят звезды ~ 99% всей массы галактики. Все галактики делятся на четыре основных типа: 1. Элептические 2.Спиралевидные 3.Линзообразные 4.Неправильные Кроме звезд в состав галактики входят: межзвездная пыль, межзвездный газ и космические лучи. Основную долю в "вес" галактики вносят звезды ~ 99% всей массы галактики. Все галактики делятся на четыре основных типа: 1. Элептические 2.Спиралевидные 3.Линзообразные 4.Неправильные

4 Типы галактик Все галактики делятся на четыре основных типа: Среди самых близких к нам галактик примерно 13 % принадлежит к классу эллиптических. Этот класс обозначается буквой Е. По форме эти галактики имеют эллипсоидальную или шаровую форму. Изучение спектров галактик класса Е показало, что звезды, входящие в их состав движутся очень медленно, при этом их плотность увеличивается от края к центру. Межзвездного газа в таких галактиках очень мало - всего около 1% всей массы. Все галактики делятся на четыре основных типа: Среди самых близких к нам галактик примерно 13 % принадлежит к классу эллиптических. Этот класс обозначается буквой Е. По форме эти галактики имеют эллипсоидальную или шаровую форму. Изучение спектров галактик класса Е показало, что звезды, входящие в их состав движутся очень медленно, при этом их плотность увеличивается от края к центру. Межзвездного газа в таких галактиках очень мало - всего около 1% всей массы.

5 Типы галактик Вторым типом галактик являются спиральные галактики, которые обозначаются буквой S. Среди близких галактик спиральные составляют несколько больше 60 %. Их отличает наличие двух (а иногда и больше) спиральных рукавов, образующих плоскую систему-"диск". Помимо диска в S-галактиках имеется так называемая сферическая составляющая. Она образуется объектами, которые располагаются примерно сферически-симметрично вокруг центра галактики. В спиральных рукавах сосредоточено много молодых ярких звезд и нагреваемых ими светящихся газовых облаков. Имеются также холодные газопылевые облака. В отличие от сферической составляющей звезды и газ диска обращаются вокруг центра галактики, причем с разной угловой скоростью па разных расстояниях от центра. Количество газа и спиральных галактиках колеблется от одного до пятнадцати процентов от общей массы.

6 Типы галактик Следующим типом галактик являются линзообразные, обозначаемые S0. Среди близких галактик их было 22 %. В этих галактиках яркое основное сплюснутое тело, "линза", окружено слабым ореолом. Иногда линза имеет вокруг себя кольцо.

7 Типы галактик Около 4 % близких галактик составляют неправильные галактики. Они обозначаются Ir. К этому классу относят все не попавшие в перечисленные выше классы. Класс неправильных галактик крайне неоднороден. Количество газа в неправильных галактиках может доходить до 50 % общей массы, но в других случаях может составлять всего несколько процентов.

8 Галактика… Основная масса газа в галактиках находится в виде нейтральных атомов. Температура таких газовых областей сильно зависит от плотности газа и других условий. Здесь газ нагревается мягким космическим излучением, а также ультрафиолетовым и рентгеновским излучением. Температура колеблется от 10 К в плотных облаках до нескольких тысяч Кельвинов в разреженной межоблачной среде. Сравнительно недавно было установлено, что в таких относительно холодных областях существенная часть водорода находится в молекулярном состоянии. В окрестности горячих звезд газ ионизуется их ультрафиолетовым излучением. Это так называемые области ионизованного водорода НII (напомним, что водород - основной элемент по массе). Масса ионизованного водорода вокруг отдельной звезды может доходить до 10 4 масс Солнца (масса Солнца равна 2·10 33 г и обозначается значком M c ). Температура этих областей около 10 4 К.

9 Галактика… Массы разных галактик заметно отличаются друг от друга. Также сильно отличаются и светимости галактик. Массы галактик определяются по движению в них звезд и газовых облаков. В спиральных галактиках по смещению спектральных линий определяются скорости вращения на разном расстоянии от центра. Закон всемирного тяготения позволяет по этим скоростям определить массу. В случае эллиптических галактик, у которых нет заметного вращения, масса определяется по дисперсии (разбросу) скоростей звезд. Дисперсия скоростей приводит к расширению спектральных линий. Чем больше дисперсия скоростей и, следовательно, больше ширина спектральных линий, тем больше масса. Наибольшее разнообразие встречается среди эллиптических галактик. Среди них есть сверхгиганты, которые излучают в несколько десятков раз мощнее нашей Галактики и имеют массы до М c (масса нашей Галактики около М c ). Но в классе эллиптических галактик встречаются и совсем карликовые, так называемые пигмеи, мощность излучения которых в десятки тысяч раз меньше, чем у нашей Галактики, а масса составляет всего 10 6 М c.

10 Галактика… Сверхгиганты в классе спиральных галактик встречаются редко. Неправильные галактики имеют обычно сравнительно небольшие светимости (0,1-0,01 от светимости нашей Галактики) и сравнительно небольшие массы в пределах Mc. Некоторые галактики являются мощными источниками радиоизлучения; в радиодиапазоне их излучение значительно мощнее, чем в области оптических длин воли. Такие галактики получили название радиогалактик. У большей части мощных радиогалактик основная часть радиоизлучения идет из протяженных областей (сотни тысяч парсеков), расположенных симметрично по обе стороны от видимой в оптических лучах галактики.

11 Галактика… Поэтому перед астрономами, которые решили рассмотреть первые галактики, стоит непростая задача, отделить «шумы» фона, от излучения первых галактик, расположенных на умопомрачительном расстоянии 13 миллиардов световых лет. Не смотря на все трудности, ученые все же пробиваются через тернии – к звездам. В журнале Природа (Nature) от 15 сентября астрономы Rychard Bouwens и Garth Illingworth из университета Santa Cruz (Калифорния) опубликовали результаты наблюдений глубокой Вселенной, осуществленных при помощи космического телескопа «Хаббл» (Hubble). В статье подробно описывается «процесс» проникновения к самому началу образования больших галактик, т.е. в эпоху, отстоящую от Большого взрыва всего на 900 миллионов лет. Только самые яркие галактики могут быть обнаружены на таких больших расстояниях. Обзорная камера «Хаббла» Advanced Camera for Surveys (ACS), приемник излучения Near, работающий в ближней инфракрасной области, а также мульти-спектрометр NICMOS, все же зафиксировали это слабый свет, испущенный 13 миллиардов лет тому назад звездами первобытных галактик.

12 Галактика… В рамках данного исследования удалось найти несколько сот ярких галактик, образовавшихся через 900 миллионов лет после Большого Взрыва. Но попытки найти более старые большие галактики, сформированные на 200 миллионов лет раньше (предел чувствительности приемников излучения), не привели к ожидаемым результатам. Как же астрономы определяют, что они видят и на каком расстоянии? В этом им помогает спектральный анализ объекта. Спектр раскрывает присутствующие в галактиках химические элементы. Но главную роль для определения расстояний играет, так называемое, красное смещение, при котором линии спектра галактик смещаются в красную область видимого диапазона. Чем дальше объект, тем больше это смещение.

13 Галактика… Загрузив данные «глубоких» снимков от ACS, Near и NICMOS, астрономы попытались сравнить количество галактик, красное смещение которых составляло (700 миллионов лет после Большого Взрыва), с теми у которых оно составляло 6 (900 млн. лет после БВ). В результате, на ожидаемые по теории десять более старых галактик, они обнаружили только одну, и всего четыре из тех, что помоложе, среди которых они намеревались увидеть 17.

14 Образование галактики… Астрономы полагают, что все эти системы, за исключением, может быть, некоторых неправильных, существуют как галактики уже миллиарды лет. Образование галактик, по-видимому, началось через несколько миллиардов лет после начала расширения Вселенной, т.е млрд. лет назад. Таким образом, галактики скорее всего возникли на ранней стадии эволюции Вселенной, хотя сейчас мы не можем сказать, произошло ли это через 1, 3 или даже 5 млрд. лет после начала расширения. Ясно лишь то, что эллиптические галактики всегда были эллиптическими, а спиральные-спиральными (или по крайней мере дискообразными).

15 Образование галактики… Галактики в стадии образования называются протогалактиками (приставка «прото» означает первичность, первооснову). Они рождаются при сжатии огромных облаков газа и пыли. Мы не знаем, как началась конденсация облаков в протогалактики, но знаем, что если конденсации появились, то они будут сжиматься под действием гравитационных сил. По мере сжатия протогалактика может приобрести заметное вращательное движение, которое заставляет каждую ее часть вращаться вокруг центра сжатия. Таким образом, вместо того чтобы стянуться в единый центральный сгусток, отдельные части протогалактики становятся звездными скоплениями и звездами, обращающимися вокруг галактического центра. Сгущения, которые выделились на раннем этапе сжатия, приобретают более вытянутые орбиты, а более поздние сгущения, появившиеся в ходе дальнейшего сжатия протогалактики, имеют почти круговые орбиты.

16 Звездные скопления… Первыми объектами, которые образовались по мере сжатия протогалактик до нынешних размеров, были шаровые звездные скопления -группы, насчитывающие многие тысячи звезд, расположенных на расстояниях нескольких парсеков друг от друга. Шаровые скопления принадлежат к галактикам, но, поскольку они начали формироваться, когда размеры протогалактики были много больше, чем современные размеры Галактики, эти скопления вращаются вокруг центра Галактики по очень вытянутым орбитам, временами удаляясь от центра на огромные расстояния. Газ в протоскоплениях, породивших шаровые скопления, подвергся дальнейшей фрагментации на отдельные протозвезды: сегодня шаровые скопления содержат только звезды и не содержат газа. Большинство звезд в шаровых скоплениях относятся к категории самых старых из известных объектов; среди них нет таких молодых звезд, как яркие звезды, очерчивающие рукава спиральных галактик. Все же у многих из этих звезд светимость выше, чем у Солнца. Если бы мы жили на планете, обращающейся вокруг звезды в шаровом скоплении, то из-за высокой концентрации звезд на небе были бы десятки светил, каждое из которых сияло бы, как Луна в полнолуние!

17 Звездные скопления… В пределах плоского диска спиральной галактики, окруженного паутиной шаровых скоплений, встречается другой тип звездных скоплений - рассеянные скопления. Их размеры близки к размерам шаровых скоплениям, но они содержат сотни или в лучшем случае тысячи звезд по сравнению сотнями тысяч звезд в шаровых скоплениях. В отличии от шаровых скоплений, масса которых достаточна, чтобы они сохранялись в виде отдельных образований многие миллиарды лет, рассеянные скопления содержат слишком мало звезд, чтобы оставаться компактными образованиями на протяжении всей жизни галактики. После десятка галактических оборотов, каждый из которых длится несколько сотен миллионов лет, звезды рассеянного скопления смешиваются с другими звездами диска галактики. Например, наше Солнце, вероятно, образовалось вместе с несколькими сотнями других звезд, составлявших около 4,6 млрд. лет назад неплотную ассоциацию, но мы сегодня не знаем о нынешнем местонахождении «братьев и сестер» Солнца; очевидно, они теперь гораздо дальше от нас, чем наши ближайшие звездные соседи.

18 Звездные скопления…

19 Типичное рассеянное скопление, которое можно наблюдать в настоящее время, такое, как Плеяды, «проживет» десятки миллионов лет и будет еще содержать остатки газа и пыли, из которых сконденсировались отдельные звезды. Поскольку мы полагаем, что для возникновения и развития жизни нужно несколько сотен миллионов или даже несколько миллиардов лет, молодые рассеянные звездные скопления, по-видимому, не представляют интереса для поисков жизни. Все звезды в Плеядах, по нашему мнению, слишком молоды, чтобы на какой-либо из планет, которые, возможно, обращаются вокруг этих звезд, возникла жизнь. Наши надежды связаны не с молодыми яркими членами звездного населения, но с более «спокойными» и более старыми звездами, которые распространены в галактиках, подобных нашей.

20 Неправильные галактики… Помимо спиральных и эллиптических существует третий тип галактик - неправильные галактики. Как следует из их названия, они не входят ни в одну из двух основных категорий, насчитывающих вместе 90% всех известных нам галактик. Неправильные галактики не обладают ни диском, свойственным спиральным системам, ни однородностью структуры, свойственной эллиптическим галактикам. Два примера хорошо изученных неправильных галактик: веретенообразная М 82 и спутник нашей Галактики, называемый Большое Магелланово Облако. Подобно спиральным, неправильные галактики содержат много облаков межзвездного газа и пыли, причем от 20 до 50% их общей массы заключено в межзвездном газе, из которого еще не сформировались звезды.

21 Черные дыры… Одни вспышки сверхновых полностью разрушают звезду, которая их породила, после других остается нейтронная звезда. Но взрывы сверхновых не обязательно приводят к таким последствиям. Некоторые коллапсирующие звездные ядра не способны породить нейтронную звезду и образуют удивительные объекты, называемые черными дырами, - столь плотные области, что они почти (но не совсем!) исчезают из нашего поля зрения. Черные дыры столь фантастичны с точки зрения нашего повседневного опыта, что в течение десятилетий физики рассматривали их лишь как теоретическую модель, считая маловероятным их реальное существование. Однако теперь мы должны учитывать возможность того, что значительная часть материи во Вселенной может быть заключена в черных дырах и что сама Вселенная может быть своего рода черной дырой.

22 Черные дыры…

23 Черные дыры, конечный продукт действия гравитационных сил, представляют собой скопления вещества со столь сильным гравитационным полем, что из него ничто не может выйти. Любой объект, обладающий массой, притягивает к себе другие тела, и сила притяжения между любыми двумя телами пропорциональна произведению их масс, деленному на квадрат расстояния между их центрами. Рассмотрим объект, находящийся на поверхности коллапсирующей звезды. При коллапсе расстояние между центрами объекта и звезды катастрофически уменьшается. Еще быстрее уменьшается квадрат этого расстояния и соответственно увеличивается притяжение между звездой и объектом. Если, например, размер звезды уменьшится в раз (10 5 ), то сила тяжести возрастет в 10 млрд. (10 10 ) раз.

24 Черные дыры… Такое увеличение силы тяжести чрезвычайно затрудняет «побег» любого объекта с поверхности звезды. Все мы хорошо знаем, что людям, чтобы преодолеть притяжение Земли, приходится строить мощные и дорогостоящие ракетные двигатели, способные генерировать огромные количества кинетической энергии. Даже частицы, не имеющие массы покоя, например фотоны, также должны затратить некоторую энергию, чтобы покинуть поверхность Земли. Мы сконцентрировали внимание на законе всемирного тяготения Ньютона, согласно которому частицы, обладающие массой покоя, притягиваются друг к другу. Но частицы без массы покоя: фотоны, нейтрино и антинейтрино - также подвержены действию гравитационных сил.

25 Черные дыры… Знаменитый эксперимент, впервые поставленный в 1919 г. и затем неоднократно повторенный со всевозрастающей точностью, показывает, что сила притяжения Солнца искривляет траектории световых лучей, проходящих вблизи него. Эйнштейн первым предсказал, что гравитационные силы должны отклонять частицы, не имеющие массы покоя, от прямолинейной траектории. Эксперимент, выполненный на борту космического аппарата «Викинг», показал правильность сделанных Эйнштейном расчетов этого отклонения с ошибкой менее 1%. Если фотоны «ощущают» силу гравитации, значит, они должны затратить некоторую энергию, чтобы преодолеть эту силу, так же как ракета должна затратить энергию на преодоление земного притяжения. Потери энергии фотоном (гравитационное красное смещение) были измерены не только на Земле (где сила гравитации много слабее, чем на очень плотных звездах), но и для фотонов, покидающих Солнце и белые карлики, где эти потери достигают 1 /200% первоначальной энергии.

26 Черные дыры… Когда этот эффект был впервые измерен (в 1928, он считался чрезвычайно большим, но он бледнеет при сравнении с гравитационным красным смещением вблизи действительно плотных объектов. Теория гравитации предсказывает, что фотон, покидающий источник гравитации, должен затратить определенную долю своей первоначальной энергии. Эта доля одинакова для всего электромагнитного спектра. Доля теряемой энергии пропорциональна массе объекта, деленной на первоначальное расстояние фотона от его центра. Если мы наблюдаем излучение, испущенное с поверхности объекта, то потери определяются отношением массы объекта к его радиусу. Если это отношение возрастает, излучение должно терять все большую и большую долю своей энергии, покидая поверхность объекта. Можно вообразить ситуацию, когда фотон должен потерять всю свою энергию, т. е. вообще не сможет покинуть объект. Тогда объект по определению становится черной дырой - ни один фотон не может его покинуть. А если фотоны и другие частицы без массы покоя не могут уйти, то частицам с массой покоя это тем более недоступно. Объект становится поистине черным, так как он не испускает ни света, ни радиоволн, ни чего-либо еще.

27 Черные дыры… Легко рассчитать момент, в который свет перестанет излучаться с поверхности коллапсирующего звездного ядра. Поскольку потери энергии определяются отношением массы к радиусу, объект станет черной дырой, если это отношение превысит некоторое значение. Для объекта массой, равной массе Солнца, критический радиус (или радиус Шварцшильда) составит 3 км, а для объекта в 10 раз массивнее Солнца критический радиус также увеличится в 10 раз, т.е. составит 30 км. Любой объект, который сожмется до размера меньше критического радиуса, становится черной дырой. Но с какими объектами это может произойти? Ответ гласит, что это коллапсирующие звезды с массами, в несколько раз превышающими массу Солнца. Вычисления показывают также, что только нейтронные звезды с массами менее 3-5 масс Солнца могут существовать долго. (Из-за сложности расчетов мы не можем точно указать возможный верхний предел масс.) Сколлапсировавшие звезды с массами, в 3-5 раз превосходящими массу Солнца, просто не могут никакими способами противостоять собственной силе гравитации. Такие звезды подвергаются катастрофическому гравитационному коллапсу, их вещество падает внутрь, пока они не станут черными дырами.

28 Парные черные дыры… Существование парных черных дыр было давно предсказано теоретиками, но до недавнего времени не было подтверждено непосредственными наблюдениями. Астрономы Todd Boroson и Tod Lauer, из Национальной Оптической Обсерватории Астрономии (NOAO) в Тусоне, Аризона, нашли то, что похоже на две массивных черных дыры, вращающиеся вокруг друг друга в центре одной галактики. Астрономы давно подозревали, что самые крупные галактики имеют черные дыры в своем центре, и что некоторые галактики могли подвергнуться слиянию с другими галактиками. Хотя двойные системы черных дыр должны быть широко распространены, на деле их оказалось довольно трудно обнаружить. Boroson и Lauer полагают, что они нашли галактику, которая содержит две черных дыры, орбиты которых отстоят друг от друга на 100 лет. Они оказались разделенные на расстояния всего 1/10 парсека, или десятую часть расстояния от Земли до ближайшей звезды. После того, как галактика формируется, вполне вероятно, что массивная черная дыра может также сформироваться в ее центре. Поскольку многие галактики находятся в скоплениях галактик, отдельные галактики могут столкнуться друг с другом. Существование парных черных дыр было давно предсказано теоретиками, но до недавнего времени не было подтверждено непосредственными наблюдениями. Астрономы Todd Boroson и Tod Lauer, из Национальной Оптической Обсерватории Астрономии (NOAO) в Тусоне, Аризона, нашли то, что похоже на две массивных черных дыры, вращающиеся вокруг друг друга в центре одной галактики. Астрономы давно подозревали, что самые крупные галактики имеют черные дыры в своем центре, и что некоторые галактики могли подвергнуться слиянию с другими галактиками. Хотя двойные системы черных дыр должны быть широко распространены, на деле их оказалось довольно трудно обнаружить. Boroson и Lauer полагают, что они нашли галактику, которая содержит две черных дыры, орбиты которых отстоят друг от друга на 100 лет. Они оказались разделенные на расстояния всего 1/10 парсека, или десятую часть расстояния от Земли до ближайшей звезды. После того, как галактика формируется, вполне вероятно, что массивная черная дыра может также сформироваться в ее центре. Поскольку многие галактики находятся в скоплениях галактик, отдельные галактики могут столкнуться друг с другом.

29 Парные черные дыры… Для астрономов этот процесс пока является тайной – неизвестно, что происходит с черными дырами, лежащими в центрах этих галактик. Теория предсказывает, что они будут вращаться вокруг друг друга и, в конечном счете, сольются в еще бόльшую черную дыру. "Предыдущая работа выявила потенциальные примеры черных дыр на их пути к слиянию, но случай, представленный Boroson и Lauer, является особенным, потому что слияние двух черных дыр более явно, что является сильным доказательством", пишет Jon Miller из Мичиганского университета астрономии. Материал, падающий в черную дыру, излучает свет в узких областях длин волны, формируя линии эмиссии, которые могут быть замечены, когда свет разложен в спектр. Линии эмиссии несут информацию о скорости и направлении движения черной дыры и материала, падающего в нее. Если бы две черные дыры находились рядом друг с другом, они вращались бы вокруг друг друга прежде, чем слиться и имели бы характерную двойную линию в их линиях эмиссии. Эта линия была теперь найдена.

30 Парные черные дыры… Двойной набор широких линий эмиссии - довольно убедительное доказательство двух черных дыр, - сказал Boroson. Мы сможем подтвердить или опровергнуть наши догадки наблюдая за системой черных дыр в течении нескольких лет. Мы можем проверить наше объяснение, что двойная система черной дыры включена в галактику, что является результатом слияния двух меньших галактик, каждая из которых содержала одну из этих двух черных дыр.

31 Малая черная дыра… Черные дыры - это области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Так как черная дыра поглощает газ, пыль и даже звезды, поглощаемое вещество становится настолько горячим, что начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Эта энергия включает и рентгеновское излучение, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите. Астрономы обнаружили относительно малую черную дыру в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, которая излучает в рентгене так же интенсивно, как черные дыры обычных размеров. NGC первая галактика, в центре которой найдена маленькая, но очень эффективная сверхмассивная черная дыра. В статье, которая была опубликована в Monthly Notices Королевского Астрономического Общества, астрономы из института астрономии Кембриджского университета пишут о том, что они обнаружили "крошечную" супермассивную черную дыру, которая, вопреки математическим ожиданиям, является столь же мощной, как большие черные дыры в центрах других галактик. Черные дыры - это области пространства, настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Так как черная дыра поглощает газ, пыль и даже звезды, поглощаемое вещество становится настолько горячим, что начинает излучать с очень высокой энергией по мере того, как погружается в черную дыру. Эта энергия включает и рентгеновское излучение, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите. Астрономы обнаружили относительно малую черную дыру в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, которая излучает в рентгене так же интенсивно, как черные дыры обычных размеров. NGC первая галактика, в центре которой найдена маленькая, но очень эффективная сверхмассивная черная дыра. В статье, которая была опубликована в Monthly Notices Королевского Астрономического Общества, астрономы из института астрономии Кембриджского университета пишут о том, что они обнаружили "крошечную" супермассивную черную дыру, которая, вопреки математическим ожиданиям, является столь же мощной, как большие черные дыры в центрах других галактик.

32 Малая черная дыра… Черная дыра, расположенная в галактике NGC 4395, массивнее нашего Солнца в раз. Обычные известные нам сверхмассивные черные дыры, как правило, в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца. Согласно астрономам, эта черная дыра "работает" так же, как обычная сверхмассивная черная дыра, несмотря на ее малые размеры. Наличие таких небольших по размерам черных дыр может объяснить свойства сейфертовских галактик - одного из типов активных галактик, в центре которых, как считается, содержатся черные дыры. Такие галактики менее ярки, чем квазары и другие активные галактики, но испускают большое количество рентгеновского излучения. Астрономы пока не знают, сколько существует подобных черных дыр. NGC единственная известная галактика с такой черной дырой

33 Малая черная дыра…

34 Является ли вселенная черной дырой?... Размышляя о сверхмассивных черных дырах, мы вправе задать себе вопрос: а не является ли сама Вселенная черной дырой? А если так, то, быть может, мы живем внутри черной дыры и строим догадки о возможности существования черных дыр внутри черной дыры? Действительно, если Вселенная, по нашему определению, включает все, что существует, то ничто не может покинуть Вселенную, так же как ничто не может покинуть черную дыру. С другой стороны, есть некоторые основания полагать, что Вселенная отличается от наших «обычных» представлений о черной дыре. Во-первых, средняя плотность вещества во Вселенной удивительно постоянна от одной области к другой в большом масштабе (т.е. если сравнивать области размером со скопление галактик). Внутри черной дыры мы были бы вправе ожидать увеличения плотности к центру благодаря гравитационным силам. Во-вторых, отсутствие «центра» Вселенной напоминает нам о том, что представить себе что-то, находясь снаружи (физически или мысленно), значительно проще, чем находясь внутри. Вопрос о том, является ли объект, называемый нами Вселенной, в действительности черной дырой, вероятно, не получит определенного ответа в ближайшем будущем

35 Квазар… Квазары, или квазизвездные радиоисточники, стали астрономической сенсацией 1963 г., в очередной раз опровергнув любые предположения о том, что мы можем объяснить все, что видим на небе. Квазары могут быть либо наиболее удаленными из известных нам объектов и наиболее мощными источниками излучения, либо спутниками довольно обычных галактик и тогда их излучение не удается объяснить с помощью известных механизмов. Мы рассмотрим сначала свойства квазаров, а затем данные, свидетельствующие в пользу каждой из двух гипотез о расстояниях до них. По мере накопления данных наблюдений большинство астрономов пришли к выводу, что квазары дальше от нас, чем любые другие объекты, доступные наблюдениям. Но небольшая часть астрономов утверждала, что наиболее убедительные данные наблюдений говорят о пространственной близости квазаров и не очень далеких галактик.

36 Квазар… Большинство квазаров интенсивно излучают радиоволны. Когда астрономы точно определили положения этих радиоисточников на фотографиях, полученных в видимом свете, они обнаружили звездообразные объекты. Спектры излучения этих квазизвездных изображений поразили астрономов, потому что они не содержали ни одной спектральной линии, известной в спектрах других звезд. После временного замешательства астронома М. Шмидта осенила догадка: свет от двух первых обнаруженных квазаров имеет такое большое красное смещение, что все линии в их спектрах сдвинулись из желтой области в красную! Красное смещение для этих двух квазаров, если оно имеет доплеровскую природу, дает скорости удаления, составляющие от 15 до 30% скорости света.

37 Квазар…

38 С помощью закона Хаббла астрономы рассчитали, что эти скорости соответствуют расстояниям 900 Мпс до одного квазара и 1,8 Гпс до другого. Такое положение квазаров соответствует наиболее далеким галактикам, однако их видимая яркость равна яркости некоторых крупных галактик, находящихся в 100 раз ближе к нам. Еще более таинственным является тот факт, что по своим размерам квазары явно меньше галактик: ведь они выглядят как точечные источники света, в то время как даже самые далекие галактики похожи на размытые светящиеся кляксы. В последние годы астрономам удалось зарегистрировать инфракрасное и рентгеновское излучение квазаров; они обнаружили, что мощность излучения некоторых объектов в этих областях спектра даже больше, чем в видимой области и радиодиапазоне. Если просуммировать энергии излучения во всех областях спектра, то оказывается, что некоторые квазары генерируют в раз больше энергии в секунду, чем гигантские галактики при условии, что наши оценки расстояний до квазаров верны. Еще одна загадка квазаров заключается в том, что некоторые из них меняют свою яркость с периодом в несколько суток, недель или лет, тогда как обычные галактики не обнаруживают таких вариаций.

39 Квазар… Никто не знает, каков механизм излучения квазаров и почему их мощные потоки энергии могут изменяться за относительно короткое время. Не исключено, что они представляют собой ранние стадии образования галактик, поскольку гигантские расстояния до них означают, что мы видим их такими, какими они были миллиарды лет назад. (Самые далекие из известных квазаров находятся на расстояниях около 12 млрд. световых лет.) Быть может, в молодых галактиках вспыхивает много сверхновых звезд и эти вспышки способны обеспечить колоссальные потоки энергии на протяжении нескольких миллионов лет, но это пока лишь гипотеза. Некоторые астрономы считают, что потоки энергии от квазаров значительно ниже, поскольку расстояния до них сильно преувеличены. Если квазары, скажем, в 100 раз ближе к нам, чем мы думаем, то мы завышаем в раз их светимость при расчетах мощности излучения по их наблюдаемой яркости. Астрономы, которые придерживаются этой точки зрения исходят из того факта, что квазары часто видны на небе рядом с пекулярными (необычными) галактиками. Эти галактики, хотя и не сколько необычны по своей структуре, имеют обычные красные смещения которым соответствуют скорости удаления, равные нескольким процента от скорости света. А квазары, расположенные на небе поблизости от нее имеют красные смещения в раз больше.

40 Квазар… Как можно объяснить это явное противоречие? Уж не в результате ли случайного совпадения значительно более далекие квазары видны почти в тех же направлениях, что и галактики? Статистические оценки показывают, что это невозможно. Но если квазары находятся по соседству с до вольно близкими галактиками, чем объяснить их огромные красные смещения? Единственное разумное объяснение - эффект Доплера, но почему мы всегда наблюдаем лишь красное смещение (удаление) и никогда-фиолетовое (приближение)? И как вещество могло быть выброшено (всегда в направлении от нас!) с такими огромными скоростями и сохранить при этом форму единого объекта? Ответ гласит: это никому неизвестно. За много лет не удалось определить ни расстояния до квазаров, ни их природу и источники их колоссальной энергии. Может быть, загадка квазаров таит в себе ключ к какой-то новой области астрофизики, какие-то новые возможности возникновения больших красных смещений в неизвестных нам ситуациях или новые способы генерации гигантских энергий, если квазары находятся очень далеко, на расстояниях, соответствующих их красным смещениям. Будем надеяться, что в ближайшие годы, удастся преодолеть эти трудности в объяснении природы удаленных областей Вселенной, в которых расположены квазизвездные объекты. А сейчас мы можем только сказать: по-видимому, это естественные, а не искусственные астрономические объекты, поскольку нам пока не понятно, как цивилизация могла бы «сделать» квазар.