Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 173

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

84 Г Л А В А 4

галактики и

в 10 раз больше

ее

оптической свети­

мости.

 

 

 

П о з ж е мы коснемся значения этого выдающегося ре­

зультата для

физики; теперь ж е

мы

должны отметить

то неблагоприятное влияние, которое ом оказал на ра­ боты по отождествлению радиоисточннков. Считалось, что раз второй по яркости источник удалей на 170 Мпс, то более слабые источники должны быть уже столь да­ леко, что их нельзя обнаружить оптически д а ж е в пяти­ метровый телескоп. Эта точка""зрения продержалась в той или иной форме до 1960 г. Слабый прогресс в отожде­ ствлении радиоисточников в этот период как будто бы служил ее подтверждением. Теперь мы знаем, что она

ошибочна.

Только

наиболее

мощные

радиоисточники

столь ж е сильны, как Лебедь

А. Причина малочисленно­

сти отождествлений была просто в

недостаточной

точ­

ности

положений радиоисточников.

 

 

 

 

Итак,

к концу

1960

г. менее

10%

объектов

из

ката­

логов

ЗС

и Миллса,

Сли

и

Хилла

имели

хотя

бы

предположительные отождествления. Среди отождеств­ ленных сильных радиоисточников не было ни одной спи­

ральной галактики. Все сильные источники

оказались

либо

эллиптическими

галактиками,

либо галактиками

типа S0 с большой оптической светимостью. Чтобы под­

черкнуть

колоссальную

мощность

радиоизлучения

та­

ких

галактик, их

назвали радиогалактиками .

Слабые

ж е радиоисточники,

подобные нашей Галактике

или

га­

лактике

в Андромеде,

называют

нормальными

 

галакти­

ками. Б ы л о

найдено, что около

30%

радиогалактик

на­

ходятся

в

скоплениях

галактик

и являются

в

них

са­

мыми яркими оптическими членами. Этот результат остается в силе и в наши дни.

Обычно для

успешного отождествления

требуется

точность радиокоординат по крайней мере 15"

по к а ж ­

дой координате,

за исключением самых ярких оптиче­

ских источников. Такая точность впервые была достиг­

нута

Ридом

в

1963

г. в Калифорнийском технологиче­

ском институте.

Он

получил

положения

ПО

источников

в основном

из

к а т а л о г а ' З С

со

средней

точностью

13".

Н а

сегодняшний день известны

точные

положения

мно­

гих

источников

из

к а т а л о г а . 4 С

и Паркского

каталога,


 

Р А Д И О Г А Л А К Т И КП

85

а т а к ж е

других, и еще несколько программ по отожде­

ствлению

находятся в стадии осуществления.

 

Самым важным результатом работ по отождествле­ нию радиоисточников является открытие нового класса объектов — квазизвездиых объектов, или квазаров, су­ ществование которых было впервые с несомценностью установлено в 1963 г. История этого замечательного от­ крытия изложена в следующей главе. В остальном эта проблема сводится к быстрому увеличению числа ото­ ждествленных радиогалактик. В настоящее время, в частности, отождествлено большинство радиоисточников ревизованного каталога ЗС. Одно остающееся загадоч­ ным препятствие состоит в том, что с некоторыми ис­

точниками

с хорошо измеренными

радиокоординатами

в пределах

прямоугольника

ошибок

не связано

ни од­

ного оптического объекта

вплоть до

предела

чувстви­

тельности фотопластинки. Пока еще не пришли к согла­ сию, какого типа объекты преобладают на таких пустых полях: квазары или радиогалактики.

Ф и з и ч е с н ие с в о й с т в а

радиогалактик

 

 

К настоящему времени выполнено много

наблюде­

ний,

в которых

изучались свойства

радиогалактик.

Все

ж е ,

несмотря на

это, мы

пока еще

очень мало

знаем

об

их строении и еще меньше об их происхождении, по­ этому здесь не стоит подробно рассматривать эти во­ просы. В нескольких словах мы лишь обрисуем их

сложную природу. Рассмотрим последовательно

угло­

вые размеры источников или, в более общем

случае,

распределение радиояркости (структуру), их радиоспек­ тры, поляризацию и оптические спектры.

Главной особенностью распределения яркости являет­ ся двойственность большинства радиоисточников. Пер ­

вым примером

двойного радиоисточника был Лебедь А.

В 1956 г. его

разрешили на две компоненты, к а ж д а я

размером 85", расположенные симметрично по обе сто­ роны от оптической галактики (рис. 37). В некоторых радиогалактиках компоненты достигают огромных раз ­ меров, сравнимых с размерами целого скопления галак­ тик, Такая конфигурация сразу ж е наводит на мысль,


Прямое восхождение

Рис. 37. Изофоты радиоизлучения радиогалактики Лебедь А.

Р А Д И О Г А Л А К Т И КИ 87

что в оптической галактике некогда произошел гигант­ ский взрыв, выбросивший из нее в противоположных

направлениях две

струн

ионизованного

газа (плазмы)

и релятивистских

частиц.

Д а ж е если не

касаться при­

чин этого взрыва, остается непонятным дальнейшее по­ ведение этой системы. Существуют кратные источники,

+

Рис. 38. Замечательный пример кратного

радноисточника:

ЗС 465

на частоте

1407 МГц. Крестиками обозначено положение

оптиче­

ских галактик.

 

 

 

 

похожие на Центавр А (рис.

34),

структура которых

заставляет

предположить, что

взрывы

могут

повто­

ряться. Другой замечательный

кратный

источник от­

крыт кембриджскими радиоастрономами. На рис. 38 по­ казана его структура на частоте 1407 МГц.

Все эти свидетельства крупномасштабных взрывов напоминают взрывы сверхновых, которые до открытия радиогалактик считались самыми мощными во Вселен­ ной. В настоящее время известны (или в ряде случаев подозреваются) взрывы, по своим масштабам занимаю­ щие промежуточное положение между радиогалактиками


90 ГЛАВА 4

Что касается радиоспектров, то они, как правило, очень похожи на радиоспектр пашей Галактики, это на­ ходится в согласии с общепринятой гипотезой о синхротронном механизме радиоизлучения. Аргументом в

пользу

этой гипотезы служит

т а к ж е тот факт, что во

многих

случаях наблюдается

поляризация радиоизлу­

чения.

 

 

В заключение рассмотрим оптические спектры отож­ дествленных радиоисточников. Эти спектры дают нам ценную информацию о красном смещении, зная которое, м о ж н о по закону Хаббла определить расстояние до ис­

точников. По известному расстоянию и плотности

по­

тока можно найти

радиосветимость, а

по угловому

диа­

м е т р у — линейные

размеры источника.

Безусловно,

все

это очень в а ж н а я

информация для изучения строения и

энергетики радиопсточннков. Сопоставив красные сме­ щения с видимым блеском радногалактик, молено срав­

нить соотношение

Хаббла для радиогалактик с таким

ж е соотношением,

полученным для всех галактик в це­

лом. Результат такого сравнения

рассматривался в гл. 3

(рис. 31). Здесь

мы только укажем, что наибольшее

красное смещение

радиогалактик

равно 0,461 ' (ЗС 295).

Это намного больше красных смещений, найденных

Хабблом,

но в следующей главе мы

увидим, что

оно

все ж е

гораздо

меньше, чем

красные

смещения

боль­

шинства

известных квазаров .

 

 

 

 

П р о б л е м а

энергии

 

 

 

 

В 1956

г. Д ж .

Р. Б е р б и д ж

впервые

указал на

то,

что

проблема энергетики радногалактик приводит к оше­ ломляющим результатам. Он сделал ставшую широко известной оценку минимальной энергии, заключенной в источнике; ход его рассуждений был следующий. Пред­ положим, что за излучение источника ответствен синхротронный механизм; тогда общий запас энергии в нем

складывается по крайней мере из двух частей: из

энер­

гии

магнитного поля

и энергии излучающих электронов.

Н а м

не известны ни

напряженность магнитного

поля,

ни поток электронов в источнике. Однако чем слабее магнитное поле, тем больше должен быть поток элек-


Р А Д И О Г А Л А К Т П КИ 91

тронов, чтобы создать наблюдаемое излучение. Общая энергия оказывается минимальной, когда энергии маг­ нитного поля и электронов примерно равны. Как пра­ вило, эта минимальная энергия огромна, например в

радиоисточнике

Геркулес А она

составляет

около

10 ю эрг.

 

 

 

 

 

Эту оценку нужно значительно увеличить по следую­

щим

причинам:

 

 

 

 

1.

Насколько

нам известно,

равнораспределение

энергии между полем и частицами не

обязательно

должно иметь

место.

 

 

 

2.

Может

существовать поток

протонов

космических

лучей, которые дают пренебрежимо малое радиоизлуче­

ние. Например, в Млечном Пути

(который,

по

общему

признанию, является

гораздо более

слабым

источником,

чем

радиогалактики)

энергия

протонов

в

30

раз боль­

ше,

чем электронов.

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Маловероятно,

чтобы вся

энергия

взрыва

превра­

тилась в легко доступные наблюдениям формы: в маг­ нитные поля и релятивистские электроны.

В настоящее время невозможно сделать что-либо большее, чем просто гадать, как важна роль этих фак­

торов. Некоторые астрофизики находят весьма

скром­

ным увеличение минимальной энергии от 10 до

100 раз.

С другой стороны, эти оценки можно уменьшить, если взять магнитное поле с неправильной структурой (что согласуется с тенденцией, которая наметилась в послед­ них наблюдениях) . О б щ а я энергия окажется меньше, если при заданной излучаемой мощности уменьшить из­

лучающий

объем.

 

 

 

Пойдем на компромисс и возьмем нашу первона­

чальную

оценку энергии взрыва Геркулеса А

106 0

эрг.

Это

энергия

покоя миллиона солнечных масс.

Если

бы

мы

имели

дело с аннигиляцией вещества и

антивеще­

ства (такое предположение выдвигалось), то вся

эта

масса покоя

должна превратиться в энергию взрыва.

В других механизмах при взрыве выделилось бы только около 1% массы покоя вещества. Таким образом, мы,

вероятно,

столкнулись тут

с проблемой объяснения,

как

108 Мѳ — одна

тысячная

часть галактики — могут

быть

вовлечены

в

гигантский

взрыв, который в некоторых