Пекка Теерикор - Эволюция Вселенной и происхождение жизни

Часто на изображениях квазаров видна светлая полоска, называемая джетом и выходящая прямо из ядра квазара. Вероятно, джет — это траектория вещества, вытекающего из ядра. Во многих случаях существуют продолжение этого короткого джета за пределы активной галактики. Такой длинный джет был обнаружен, например, у Лебедя А (см. рис 26.5). После открытия крупномасштабных джетов у астрофизиков сформировалась общепринятая сейчас точка зрения, что существуют гигантские каналы передачи энергии от ядра к внешним излучающим областям, удаленным на сотни тысяч световых лет. Но в длинных джетах до сих пор не замечено какого-либо движения, за исключением областей, очень близких к ядру (короткий джет), где движение происходит почти со скоростью света.

Мы не знаем, существует ли простая связь между короткими и длинными джетами. Отметим, что представление о длинных джетах как об «энергетических магистралях» сталкивается с проблемами. С учетом неизбежных потерь энергии в таких каналах количество наблюдаемой энергии, выделяемое на внешнем конце джета, порою в миллион раз больше того, которое втекает в короткий джет, и к тому же в миллион раз больше, чем можно ожидать из окрестностей массивной черной дыры. Альтернативное объяснение может быть таким: длинные джеты — это следы, оставленные черными дырами, выброшенными из ядра галактики. Каждая из внешних излучающих областей может содержать собственную черную дыру, вырабатывающую энергию. Тогда не возникает трудностей с потерей энергии, поскольку расстояние ее переноса мало (рис. 26.8). До сих пор нет убедительных свидетельств в пользу той или иной модели.

Рис. 26.8. Модель радиогалактики с выбросом черных дыр, предложенная Маури Валтоненом. Каждая область радиоизлучения содержит выброшенную сверхмассивную черную дыру.

В 1979 году сотрудник Манчестерского университета Денис Уолш обнаружил два квазара на расстоянии всего лишь 6 угловых секунд друг от друга (рис. 26.9). Он сообщил эту новость в Национальную обсерватории Кит-Пик (США) Роберту Карсвеллу и Рею Вейману, попросив их изучить спектры этих квазаров. Каково же было их удивление, когда оказалось, что оба спектра совершенно одинаковые: в них имелись одни и те же линии с одинаковой интенсивностью и одинаковым красным смещением. Это было поразительно! Все известные до этого момента квазары отличались своей индивидуальностью: спектр каждого квазара был так же индивидуален, как отпечатки пальцев. Каким же образом эти два квазара Q0957+561А и В оказались близнецами?

Рис. 26.9. Первая гравитационная линза Q0957 + 561 А и В. С разрешения Bill Keel.

Разгадка заключалась в том, что на самом деле это один квазар, но его изображение раздвоилось из-за массивной галактики, лежащей на луче зрения между нами и квазаром. В результате эффекта гравитационной линзы (см. главу 25) свет квазара может доходить до нас разными путями, огибая галактику с двух разных сторон. В случае Q0957+ 561 эти два пути оказались видны на небе под углом 6". Галактики не являются идеальными линзами. Вместо одного изображения они создают два, три или даже больше. В случае Q0957 + 561 эффект гравитационного линзирования подтвердил Алан Стоктон с Гавайских островов, обнаруживший галактику, действующую как линза. Сегодня нам известны и многие другие гравитационные линзы (рис. 26.10).

Рис. 26.10. Знаменитое кратное изображение, созданное гравитационной линзой: «Крест Эйнштейна», открытый в 1984 году Джоном Хакра. Гравитация галактики расщепила изображение далекого квазара на четыре части. Фото: A. Jaunsen и М. Jablonski, телескоп NOT. о. Ла-Пальма.

Для астрономов гравитационная линза — очень полезный инструмент. В главе 25 мы рассказали, как с их помощью обнаруживают темную материю. А в будущем эффект гравитационной линзы поможет находить черные дыры. Одиночная черная дыра действительно почти черная и выдает себя только своей гравитацией. Если она окажется перед далекой звездой или квазаром, то изображение расположенного позади нее объекта увеличится или разделится, и по этому признаку мы заметим эффект линзирования. Полезен этот эффект и для космологии. Например, лучи света, создающие два изображения одного квазара, приходят к нам по разным путям, поэтому и время распространения у них разное: на одном изображении квазар немного моложе, чем на другом. Точное различие времен распространения можно использовать для вычисления общей шкалы расстояний во Вселенной. Определенное таким образом значение постоянной Хаббла согласуется с ее значениями, установленными другими способами.

В 1943 году американец Карл Сейферт открыл галактики с яркими ядрами (рис. 26.11). Их спектры свидетельствуют, что эти ядра похожи на миниатюрные квазары. Хотя у сейфертовских галактик ядра ярче, чем у обычных галактик, но, в отличие от настоящих квазаров, они светят все же слабее самих галактик. Поэтому на снимках «сейферты» не похожи на звезды, а выглядят как галактики. Этот промежуточный класс между квазарами и галактиками показывает, что и ядра нормальных галактик обладают потенциальной возможностью проявлять квазароподобную активность. Сейфертовские галактики встречаются довольно часто (2 % от числа спиральных галактик), и поэтому некоторые из них обнаруживаются недалеко от нас, так что их легче изучать, чем квазары. Радиогалактики тоже не редкость: 10 % эллиптических галактик относятся к этой категории. Чем больше мы узнаем про этих родственников квазаров, тем лучше понимаем и сами квазары. Хотя в деталях их механизмы до сих пор неясны, идея о том, что квазары — это «старшие братья» сейфертовских галактик, подтверждается.

Сейфертовские галактики делятся на три типа. Первый тип (сейферт-1) близок к квазарам, тогда как сейферты-3 находятся на другом конце этой классификации и выглядят как обычные галактики, демонстрируя активность ядра только в своих спектрах. Сейферты-1 связаны со спиральными галактиками более раннего типа (обычно Sа), чем сейферты-2 (обычно Sb), которые в свою очередь являются более ранними, чем сейферты-3. Понятия «ранний тип» и «поздний тип» для галактик определяется долей звезд в балдже относительно числа звезд в плоском диске. Чем более ранний тип, тем больше звезд в балдже. Эллиптические галактики, вообще не имеющие диска, оказываются даже более «ранними», чем спиральные галактики класса Sa.