Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

Из числа известных в настоящее время двойных радиоисточников более 70 имеют крупномасштабные выбросы. И вот что особенно любопытно: как правило, такие выбросы наблюдаются у слабых двойных радиоисточников. В какой-то мере это, возможно, связано с условиями наблюдения. Дело в том, что большинство мощных радиоисточников — это объекты сравнительно молодой Вселенной, и поэтому находятся на столь больших расстояниях от нас, что связанные с ними выбросы трудно обнаружить.

Но дело, по-видимому, не только в этом. Возможно, явление, о котором, идет речь, связано с различной ориентацией магнитных полей в слабых и сильных выбросах. Однако эта проблема требует дальнейшего исследования.

Что же представляют собой космические выбросы? Какова их физическая природа? Имеющиеся в распоряжении современных астрономов данные говорят о том, что это струи газа, которые, подобно струям воды из шланга, выбрасываются из центра галактики. Они пронизывают межзвездную, а затем и межгалактическую среду, неся с собой массу, энергию, импульс и магнитный поток. Преодолевая сопротивление среды., головная часть выброса постепенно теряет скорость и движется медленнее, чем газ в средней его части. Благодаря этому в головной части выброса накапливается энергия.

Не исключено, что движение газа в выбросах происходит со сверхзвуковой скоростью. В этом случае должна возникать ударная волна, которая распространяется по поперечному сечению выброса. Когда газ проходит через фронт этой волны, кинетическая энергия его движения переходит в энергию магнитного поля — и энергию движения электронов, которые разгоняются до околосветовых скоростей. Благодаря этому складываются благоприятные условия для генерации синхротронного радиоизлучения. При этом наибольшей интенсивности оно достигает как раз в местах торможения выброса. В этих местах возникают так называемые горячие пятна.

Испытав торможение, вещество выброса поворачивает вспять и растекается в большие облака, унося с собой релятивистские электроны и силовые линии магнитного поля.

Основываясь на результатах наблюдений, астрономы пришли к выводу, что в горячих пятнах газ с электронами и магнитным полем находится от десяти тысяч до миллиона лет — срок по космическим масштабам сравнительно небольшой. А в облаках этот срок достигает ста миллионов лет. За это время в них накапливается чудовищная энергия. Например, в источнике Лебедь А она эквивалентна полной энергии, заключенной в массе ста миллионов звезд.

У некоторых галактик в радиодиапазоне интенсивно излучает центральная часть звездной системы — ядро. Вокруг такой компактной области может располагаться гало — гигантский радиоореол. А если наряду с компактным источником в центре имеются и «боковые» радиокомпоненты, то мы наблюдаем тройной радиоисточник на небе. В настоящее время методы радиоинтерферометрии позволяют с необыкновенной точностью исследовать структуру многих внегалактических радиоисточников.

Примером источника с весьма сложной структурой является космическая «радиостанция» в созвездии Персея. У этого источника очень маленькое компактное «радиоядро», окруженное «оболочкой» сравнительно небольших размеров. Эти детали в свою очередь погружены в более протяженную радиоизлучающую область — гало, которое охватывает еще две соседние небольшие радиогалактики. Предполагается, что возникновение столь сложной структуры связано о тем, что основная активная галактика, которая является ядром радиоисточника, движется с высокой скоростью через плотный межгалактический газ в скоплении галактик. Выброшенное активной галактикой вещество дробится по мере того, как оно «пробивается» через межгалактическую среду.

С помощью радиоинтерферометров удалось установить, что ядра радиоисточников — это не какие-то однородные образования: они обладают внутренней структурой, имеют определенные детали. К сожалению, размеры этих деталей настолько невелики, что для их выявления нужны были бы радиоинтерферометры с разрешающей способностью до нескольких тысячных долей секунды дуги.

Любопытно, что у горячих пятен, о которых говорилось выше, какие-либо мелкомасштабные детали отсутствуют.

И наблюдатели и теоретики много работают над тем, чтобы объяснить явления, происходящие в выбросах, определенными физическими причинами. Но главное — поиски ответа на вопрос о том, какие физические процессы порождают выделение колоссальных количеств энергии в ядрах активных галактик и квазарах, в частности, порождают выбросы и на протяжении длительного времени питают их все новыми и новыми порциями газа. Это одна из фундаментальных проблем современной астрофизики.

У наиболее мощных радиоисточников интенсивность выбросов настолько велика, что для их поддержания ежегодно требуется энергия, эквивалентная энергии, которая выделилась бы при полном превращении в излучение массы нескольких звезд.

Если иметь в виду обычные эволюционные процессы, происходящие в галактиках, то они, по-видимому, способны обеспечить не более десятой части этой энергии.

Поэтому приходится предположить, что процессы, ответственные за возникновение выбросов, связаны с какими-то необычными физическими явлениями.

По мнению члена-корреспондента АН СССР И. С. Шкловского активные процессы «порождаются какими-то особенностями (сингулярностями) в ядрах галактик. Выяснение природы этих сингулярностей — одна из важнейших, пока еще окончательно не решенных проблем современной астрофизики» [8] Шкловский И . С. Проблемы метагалактической астрономии. — Земля и Вселенная, 1982, № 3, с. 20. ).

Есть веские основания предполагать, что физические процессы, порождающие выбросы, происходят в сравнительно небольших областях размером всего в несколько световых лет. Например, было замечено, что некоторые из наиболее активных источников космического радиоизлучения изо дня в день изменяют свою оптическую яркость. Но это значит, что поперечник такого источника должен быть сравнительно небольшим — не больше того расстояния, на которое физический процесс может распространиться в течение суток. Если учесть, что максимальная скорость такого распространения — это скорость света, то получается, что поперечник источника радиоизлучения весьма невелик.

В настоящее время большинство ученых считают, что основными источниками грандиозных физических процессов, происходящих в активных ядрах галактик и квазарах, являются компактные массивные тела с поперечником не более-0,1 светового года. Таковы, например, размеры компактного объекта, расположенного в ядре галактики М 87. Его масса — около 6 млрд. солнечных масс. Аналогичный объект с массой в несколько миллиардов солнечных масс обнаружен и в радиогалактике NGC6251.