Виктор Комаров - Занимательная астрофизика

Любопытно отметить, что гравитационные линзы по сравнению с обычными обладают целым рядом удивительных свойств. Так, например, согласно теоретическим выкладкам, видимая яркость космического объекта, усиленная гравитационной линзой, с увеличением расстояния между ней и наблюдателем, не только не должна уменьшаться, а наоборот, будет возрастать. Кроме того, гравитационная линза не имеет фиксированного фокусного расстояния: она собирает лучи не в одной точке — фокусе, а на поверхности некоторого конуса, начиная в определенного минимального расстояния от данной линзы и до бесконечности.

Наблюдатель, который находится вне такого конуса, увидит только сам реальный космический объект в том направлении, в котором он действительно находится. Если же наблюдатель располагается внутри конуса, то он будет видеть как минимум три изображения. А при определенном строении объекта, играющего роль гравитационной линзы, — даже пять и больше.

Почему же в случае двойного квазара Q 0957+561 А, В наблюдается только двойное изображение? Ведь если двойственность этого объекта — иллюзия, вызванная искривлением лучей гравитационной линзой, то согласно теории должно наблюдаться тройное изображение. Как считают некоторые специалисты, третий компонент изображения не удается в данном случае увидеть потому, что он сливается либо с компонентом В, либо с галактикой, играющей роль гравитационной линзы.

Разумеется, упомянутые выше свойства гравитационных линз практически реализуются только до определенной степени. С одной стороны, при расчетах, в результате которых они выведены, допускаются известные упрощения, а с другой — на ход лучей, прошедших через гравитационную линзу, оказывают влияние гравитационные поля и других небесных тел.

Но, пожалуй, самая интересная особенность гравитационных линз состоит в том, что их воздействие на электромагнитные излучения не зависит от длины волны. Это значит, что они одинаковым образом фокусируют как лучи видимого света, так и радиоволны и ультрафиолетовые и рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Согласно современным представлениям, наблюдаемая нами часть материального мира представляет собой сферическую область, заполненную галактиками, квазарами и другими космическими объектами. Вследствие разбегания галактик радиус этой сферы быстро увеличивается.

Однако наши представления о расположении космических объектов в пространстве основываются на предположении о прямолинейном распространении электромагнитных волн, в том числе лучей видимого света. Но ведь мы живем не в пустой Вселенной, а во Вселенной, заполненной различными массами. А там, где есть массы, пространство, согласно общей теории относительности, искривляется. Иными словами, распространение электромагнитных излучений перестает быть прямолинейным. Вследствие этого действительные положения космических объектов могут весьма существенно отличаться от наблюдаемых. И эти отклонения будут тем сильнее, чем больше расстояния.

Вообще, геометрическая структура Вселенной может оказаться чрезвычайно сложной, а ход световых лучей в ней весьма замысловатым. В некоторых теоретических моделях световые лучи могут приходить к земному наблюдателю не только непосредственно от того или иного далекого космического объекта, но и обежав несколько раз пространство Вселенной! В результате наблюдатель увидит примерно такую же картину, какую мы видим, оказавшись между двумя обращенными друг к другу параллельными зеркалами, т. е. бесконечный ряд последовательных отражений.

Иными словами, один и тот же космический объект земной наблюдатель может увидеть многократно: вместо одного объекта целую цепочку абсолютно одинаковых. И только самый близкий из них существует реально, остальные — мираж. Теоретики изобрели для них впечатляющее название — «духи».

Опять-таки то, о чем идет речь, — теоретическая возможность. Реализуется ли она? Тщательное изучение и сравнение известных космических объектов показало, что на расстояниях вплоть до 30 световых лет цепочек, состоящих из одинаковых объектов, нет. А на больших расстояниях? Вопрос пока остается открытым…

Не составляют «цепочки» и знакомые нам близнецы — квазары. Во-первых, их только два, а во-вторых, они находятся от нас на одинаковых расстояниях и, что самое главное, обладают одинаковой яркостью. Что же касается миражей — «духов», то они должны быть созданы лучами, прошедшими столь различные пути, что их изображения одинаковой яркостью обладать заведомо не могут.

Весьма заманчива также возможность уточнения о помощью космических гравитационных линз, если они действительно существуют, постоянной Хаббла (см. с. 41).

Определение значения постоянной Хаббла связано о очень большими трудностями, так как для этого необходимо точно знать расстояния до удаленных «космических объектов. А прямых методов определения этих расстояний в распоряжении современной астрономии, к сожалению, все еще не имеется. Поэтому неудивительно, что значение постоянной Хаббла не раз подвергалось существенному пересмотру. Так, еще сравнительно недавно она считалась равной примерно 100 километрам в секунду на один мега-парсек. Затем значение постоянной было уменьшено вдвое. Однако в последнее время известный астроном Ж. де Вокулер на основе анализа обширного материала наблюдений галактик и их скоплений произвел очередной пересмотр постоянной Хаббла, приняв ее прежнее значение, т. е вновь увеличив ее в два раза.

Если это значение соответствует действительности, то все космические расстояния должны быть пересмотрены в сторону их уменьшения. Мало того, должен быть пересмотрен в сторону уменьшения и возраст Вселенной, т. е. продолжительность ее расширения от начального состояния до нашей эпохи.

Чем же могут помочь гравитационные линзы? Если наблюдения позволят в дальнейшем определить величину запаздывания луча, искривленного гравитационной линзой, то можно будет вычислить время хода прямого, неискривленного луча, а следовательно, и определить точное расстояние до наблюдаемого объекта. Зная это расстояние, а также величину красного смещения в спектре объекта, можно рассчитать и постоянную Хаббла.

Наконец, по степени задержки искривленного луча можно будет вычислить истинную массу галактики, играющей роль гравитационной линзы, и тем самым выяснить, какой вклад в нее вносят нейтрино (см. раздел „Великое объединение“, с. 133).

В заключение следует отметить, что в непосредственной близости от квазара PC И15-08 обнаружено два очень слабых объекта, спектры которых совпадают со спектром этого квазара. Не исключено, что открыта еще одна космическая иллюзия, обязанная своим возникновением эффекту гравитационной линзы.