Алексей Левин - Белые карлики. Будущее Вселенной

Статья Шмидта [40] Schmidt, M. 3C 273: A Star-Like Object with Large Red-Shift // Nature (1963), 197: 1040. появилась рядом с публикацией группы Хазарда. В этом же номере напечатана статья Оука, посвященная распределению энергии в оптическом спектре 3С 273, и статья Гринстайна и Мэттьюса с данными о красном смещении спектра 3С 48. Сейчас эти четыре работы считаются классикой астрономии и астрофизики XX в.

Статья Шмидта не впечатляет ни длиной, ни разнообразием графического материала. Это короткая заметка на две трети журнальной страницы. Шмидт почему-то не добавил к тексту отпечаток со своей исторической фотопластинки. Он ограничился таблицей, в которой даны наблюдаемые длины волн шести загадочных полос излучения и те же длины волн, пересчитанные с поправкой на красное смещение спектральных линий, которое в данном случае равно 0,158. В последнем столбце таблицы отмечено, что четыре полосы соответствуют линиям бальмеровской серии водорода, а оставшиеся две — излучению ионизированных атомов магния и кислорода. Шмидт подчеркнул, что эта «беспрецедентная идентификация спектра вроде бы звездного объекта в терминах значительного красного смещения допускает два возможных объяснения».

Далее следуют объяснения, причем для каждого автору статьи хватило одного абзаца. Во-первых, пишет Шмидт, можно предположить, что красное смещение имеет гравитационную природу, то есть обусловлено уменьшением частоты излучения в очень сильном поле тяготения. В этом случае источник света — сверхмассивная звезда с радиусом порядка 10 км. Шмидт отметил, что эта версия практически не согласуется с наблюдаемой структурой спектральных линий.

Вторая интерпретация гораздо интересней. Загадочный звездный объект представляет собой ядерную область галактики с космологическим красным смещением 0,158, которое соответствует видимой скорости 47 000 км/с и дистанции порядка 500 мегапарсек (эту оценку Шмидт сделал на основе знаменитого закона Хаббла, хотя в тексте на него не сослался). Диаметр ядерной области составляет менее одного килопарсека, а ее светимость в оптическом спектре как минимум в сто раз превышает светимость галактик, которые до сих пор были зарегистрированы как источники радиоизлучения. Если наблюдавшийся на оптических снимках тусклый джет и выявленная группой Хазарда компонента А источника 3С 273 принадлежат одной и той же галактике, то они находятся приблизительно в 50 килопарсеках от ее ядра.

Четыре статьи, появившиеся 16 марта 1963 г. в Nature , произвели сильное впечатление на астрономов. Вскоре (все в том же каталоге 3С) нашлось еще несколько столь же необычных источников. Их угловые размеры не превышали половины секунды — против минимум трех секунд у типичных звездных скоплений, удаленных от Млечного Пути на сравнимые расстояния. С другой стороны, мощность их радиоизлучения была на несколько порядков выше, нежели у обычных галактик.

Новооткрытые аномальные источники радиоволн стали основной темой Международного симпозиума по гравитационному коллапсу и другим проблемам релятивистской астрофизики (International Symposium on Gravitational Collapse and Other Topics in Relativistic Astrophysics), состоявшегося в Далласе 16–18 декабря 1963 г. Поскольку память о недавнем убийстве президента Кеннеди была еще свежа, участники встречи проголосовали за переименование ее в Симпозиум памяти Джона Ф. Кеннеди (John F. Kennedy Memorial Symposium).

После интенсивных дискуссий ученые пришли к следующим выводам. Во-первых, эти источники представляют из себя чрезвычайно массивные и в то же время очень компактные объекты (не менее 100 млн солнечных масс в пространстве поперечником не более одного килопарсека). Во-вторых, это не звездные скопления, пусть сколь угодно плотные. В-третьих, время их жизни превышает 10 000 лет. В-четвертых, хоть эти источники и генерируют чрезвычайно сильное радиоизлучение, пик их мощности приходится на оптический диапазон. В-пятых, плотность заряженных частиц на поверхности этих объектов очень невелика — порядка 10 млн на см 3. И наконец, в-шестых, их полная энергия превышает энергию покоя 1 млн звезд солнечной массы. В общем, стало понятным, что астрономия столкнулась с совершенно необычными обитателями космоса.

Авторы первых публикаций использовали для этих источников названия «звездные объекты» и «звездоподобные объекты». Позже был предложен довольно неуклюжий термин «квазизвездный радиоисточник», но продержался он недолго. Следующей весной в журнале Physics Today появился подробный отчет о далласском симпозиуме, написанный сотрудником Годдардовского института космических исследований Хун-И Чиу [41] Hong-Yee Chiu, Gravitational Collapse // Physics Today (May 1964), 21–34. . Он предложил для краткости и удобства заменить длинное название аббревиатурой «квазар». Новое слово быстро привилось и восторжествовало в устных дискуссиях и научно-популярной литературе. Однако главный печатный орган астрофизики, The Astrophysical Journal , еще долго не допускал его использования в своих публикациях. Лишь с 1970 г. оно было наконец-то санкционировано (причем с сожалением) главным редактором журнала великим астрофизиком Субраманьяном Чандрасекаром.

С момента открытия квазаров их поиск пошел чрезвычайно быстро. К концу 1964 г. число известных квазаров достигло четырех десятков. Некоторые имели красное смещение порядка двух и, следовательно, были отдалены от нашей Галактики на 10 млрд световых лет (а вот наблюдения квазаров с красным смещением более трех пришлось ждать до 1973 г.). С этим открытием астрономия реально вышла на максимальные масштабы космологических дистанций. На момент написания этой главы рекорд удаленности принадлежал квазару J1342+0928. Его красное смещение равно 7,5, что соответствует возрасту всего в 690 млн лет от момента Большого взрыва.

Природа квазаров и источники их излучения были окончательно установлены намного позднее их открытия. Описание этой истории лежит за рамками моей книги, поэтому ограничусь кратчайшей информацией. Сейчас установлено, что в центре большинства галактик лежат одиночные черные дыры с массой в миллионы и даже миллиарды солнечных масс. Общая светимость галактики сильно зависит от того, что происходит в пространстве вблизи центральной дыры. Если там нет или почти нет направленных к дыре потоков вещества, она проявляет себя вовне почти что только своим притяжением (именно это и происходит в центре нашей собственной Галактики). Напротив, если в этой области много частиц свободного газа и пыли, они притягиваются дырой и закручиваются в окружающем пространстве, образуя аккреционный диск. В нем происходят сложные и не до конца понятные процессы, которые влекут за собой интенсивную генерацию электромагнитного излучения. В этом случае галактика имеет так называемое активное ядро. Квазары — это особо активные галактические ядра, порождающие излучение максимальной мощности в широких частотных диапазонах. В таких ядрах из обеих полярных областей черной дыры вырываются мощные плазменные струи, которые движутся почти со скоростью света (они называются релятивистскими джетами). Именно такой джет заметил Маартен Шмидт.