Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 120

Скачиваний: 0

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

КВАЗАРЫ

117

О д н а ко против гравитационного красного смещения есть доводы, не связанные со строением квазаров, ко­

торые

вытекают

из

их

подсчетов.

Как

объясняется

в

гл.

6,

если

квазары — это

близкие

некосмологические

объекты

и если,

как

того

требует

гипотеза

гравитацион­

ной

природы

красного

смещения,

они

почти

покоятся,

то

при

условии,

что мы

не

занимаем

привилегирован­

ного

положения

в

пространстве,

 

зависимость

между

числом

объектов

и

плотностью

потока

в ы р а ж а л а с ь

бы

степенным законом

с показателем

степени 3/г>

а

этого

не

наблюдается.

(Полное

рассмотрение

этого

вопроса дано

в гл.

7.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перейдем,

наконец,

 

ко

2-й

возможности,

которая

предполагает, что квазары были выброшены из нашей Галактики или из одной из ближайших галактик в результате грандиозного взрыва. Эту гипотезу предло­ ж и л Террелл; ее поддерживают Бербиджи и Хойл. Аргу­ менты, связанные со структурой квазаров, свидетель­ ствуют как за, так и против этой гипотезы, однако по изложенным выше причинам мы их здесь не рас­

сматриваем.

Зависимость

число

объектов — плотность

потока больше не

играет

роли

как потому, что, нахо­

дясь вблизи

центра

взрыва, мы

занимаем привилегиро­

ванное положение, так и потому, что нет никаких осно­

ваний

ожидать,

что квазары распределены равномерно.

(Мы

вернемся

к этой идее в следующих двух

главах.)

Однако есть

два веских аргумента, согласно кото­

рым локальная

гипотеза требует, чтобы наше

положе­

ние было бы привилегированным в совершенно неприем­ лемом смысле, а именно, что только очень немногие га­ лактики все время окружены квазарами . В астрономии вероятностные аргументы могут быть опасными; и если только не будет показано, что есть какая-то связь между квазарами и развитием жизни, то неприемлемое след­ ствие из локальной гипотезы состоит в том, что мы жи ­ вем в одной из тех редких галактик, которая окружена квазарами .

Первый из этих аргументов — полное отсутствие у квазаров фиолетовых смещений. Было бы понятно, что квазары, выброшенные из нашей и, возможно, из бли­ жайших соседних галактик, могли бы так далеко


1 18 ГЛАВА 5

улететь к настоящему моменту, что всех их мы видим удаляющимися . Однако для квазаров из какой-нибудь

более далекой

галактики дело обстоит

совершенно ина­

ч е — некоторые

из них двигались бы

к нам. Поскольку

благодаря фиолетовому смещению источники были бы более яркими в радио- и в оптическом диапазонах, оказывается, что если бы источники, выброшенные да­

лекой галактикой, отбирались из наблюдений

по их

видимому блеску (практически, конечно, так оно

и есть),

то мы видели бы больше источников с фиолетовым

сме­

щением, чем с красным. Отношение ожидаемого

числа

фиолетовых смещений к числу красных будет приблизи­

тельно

равно ( 1 + 2 ) 3 ; при

z = 2 получаем 27.

Утверж­

дение,

что фиолетовые

смещения

трудно

обнаружить

из-за того, что красная и

инфракрасная

области, бед­

ные

линиями,

переходят

в

видимую, неверно. ' Просто

нет

достаточно

загадочных

спектров

или д а ж е

иеотож-

дествленных радиоисточников. Отсюда следует, что са­ мая близкая галактика, у которой квазары еще при­ ближаются к нам, должна находиться так далеко, что ее квазары слишком слабы, чтобы их можно было на­ блюдать. Тогда галактики, окруженные квазарами, бу­ дут чрезвычайно редки.

Второй

аргумент приводит

к тем ж е самым

выво­

дам . Общий

радиошум от всех

квазаров не должен

пре­

вышать наблюдаемый внегалактический радиофон. Если все галактики окружены квазарами так, как ими окру­ жена, согласно локальной гипотезе, наша Галактика, то это условие нарушается. Опять мы заключаем, что га­ лактики, окруженные квазарами, очень редки.

По-видимому, гипотеза о космологической природе красного смещения ближе всего к истине, и далее мы будем ее придерживаться.

Примечание

при корректуре.

Космологическая

гипо­

теза недавно

получила сильную поддержку с откры­

тием Ганном квазара PKS2251 + H . который лежит в

направлении

скопления галактик и имеет такое

ж е

красное смещение (0,33), как и

скопление.

 


ГЛ А В \ 6

ПО Д С Ч Е Т Ы Р А Д И О И С Т О Ч Н И К О В

Введение

 

 

 

Первую попытку извлечь выводы

космологического

характера

из подсчетов радиоисточников

предприняли

в 1955 г. Райл и Шейер. Основываясь

на

каталоге 2С

(гл. 4), они

пришли к заключению, что

подсчеты источ­

ников несовместимы с предложенной Бондн, Голдом и Хойлом теорией «стационарной Вселенной», в которой происходит непрерывное творение материи (стр. 157). Это утверждение положило начало большой полемике, отзвуки которой можно еще услышать и сегодня. В этой главе мы попытаемся дать беспристрастную оценку со­ временной ситуации, предупредив, однако, читателя, что

фраза «подсчеты

радиоисточников», по-видимому, все

еще

вызывает у

радиоастрономов более сильные эмо­

ции,

чем любая

другая фраза, за исключением, пожа ­

луй, слов «локальная теория квазаров». Поэтому спе­

циалист, которому случится прочесть эту

главу, вероят­

но, найдет ее либо оптимистичной, либо

неубедительной.

Из подсчетов определяется число N{S) радиоисточ­ ников в единице телесного угла, плотность потока ко­ торых, измеренная на рабочей частоте радиотелескопа, превышает 5. Как мы увидим, зависимость между N и S, ожидаемая в случае однородного распределения ста­ ционарных источников, имеет вид

A / c c S - 3 / 2 .

Можно ожидать, что график, по осям которого отло­ жены величины l g N и l g S, будет прямой линией с на­ клоном —3 І2- Как мы далее увидим, если учесть красное

смещение,

то величина

NS*1' будет зависеть

от

5,

при­

чем

она

будет

уменьшаться

с уменьшением

5.

Дру ­

гими

словами,

кривая

\gN—lg5

должна

быть

более



120 ГЛАВА 6

пологой, чем в статическом случае. Однако кривая, по­ лученная из наблюдений, имеет больший наклон.

П о д с ч е т ы , полученные

из

наблюдений

Аномальный наклон, найденный Райлом и Шейером,

очень хорошо заметен.

Д л я

более слабых источников

 

I

1

:

1

I

I

 

 

Ш'г

10''

!

10

І0г

 

 

 

 

Shas,

ед. п.

 

Рис. 52.

Подсчеты источников Пули и Райла. N — число

источников

в единице телесного угла, у которых плотность потока

на частоте

408 МГц

превышает

S.m.

 

 

 

наклон кривой Ig Л/ — l g S был равен —3. Однако мы видели, что обзор 2С был ограничен из-за эффекта на­ сыщения, т. е. многие из зарегистрированных в нем сла­ бых источников являлись на самом деле ложными . По-

П О Д С Ч Е ТЫ РАДИОІІСТОЧНІІКОВ

121

этому по крайней мере некоторая часть аномального наклона может быть объяснена этим эффектом. Спустя три года, в 1958 г. Миллс, Сли и Хилл использовали свой

каталог источников, чтобы вновь вывести наклон

кривой

\gN

— l g S,

и получили

общепринятое сегодня значение

—1,8

(хотя,

принимая

во внимание ошибки наблюде­

ний,

они считали свои

результаты совместимыми

т а к ж е

с наклоном —1,5). Наклон —1,8 по-прежнему считается аномально крутым. Однако с тех пор он подтвержден многими последующими обзорами, особенно выполнен­ ными в Кембридже с 1959 по 1968 г.

Внастоящее время наиболее, подробный анализ,

охватывающий к тому ж е наибольший диапазон плот­ ностей потоков, выполнен Райлом и Пули, которые ис­ пользовали главным образом каталог 5С. Полученная

ими

зависимость lgjV — l g 5

приведена на рис. 52. Кру­

той

наклон —1,8

сменяется

более

пологим

при S =

= 4

ед. п. (на 408

МГц) и

при S «

0,01 ед

. п. кривая

сильно уплощается. Это уменьшение наклона и после­ дующее уплощение имеют большое значение для кос­ мологии, как мы сейчас увидим.

И н т е р п р е т а ц ия подсчетов

 

 

Степенной

закон для статических

источников.

Сте­

пенной закон

с показателем степени

% справедлив для

однородного

пространственного распределения

источ­

ников. Предположим, что в единице объема имеется р источников, которые имеют светимость Р на частоте на­

блюдений.

Тогда источниками, у которых измеренная

плотность

потока превосходит 5, будут все те

источ­

ники, которые л е ж а т внутри сферы радиуса

(P/S)

'/» (это

следует

из

закона обратной пропорциональности квад­

рату расстояния) . И х

полное число будет

4ярР3 / з 5-3 /=/3,

а

число

N

в единице

телесного угла

равно

 

На

самом

деле, как известно, источники

имеют большой

разброс радиосветимостей, однако это не меняет степен­

ного закона с

показателем степени 3 / 2 , который теперь

будет даваться

формулой

^ =4 ( 2 p P 3 / 2 )s -3 / 2 ,