Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

R.F. Zimmerman, The Universe in a Mirror: The Saga of the Hubble Space Telescope and the Visionaries Who Built It (Princeton: Princeton University Press, 2010).

Я работал с телескопом «Хаббл», когда он впервые был запущен в космос, и еще много раз в дальнейшем. «Работал» не следует понимать буквально – даже опытные астрономы не могут позволить себе двигать телескоп туда-сюда и смотреть, как в поле зрения появляются тусклые галактики. При стоимости $8 млрд это слишком дорогое оборудование, и риск вызвать его сбой из-за неосторожного пользователя должен быть исключен. После распределения орбит, сопровождающегося яростной конкуренцией, астрономы подают свои списки объектов, и компьютерный алгоритм согласовывает их, так чтобы свести к минимуму расход энергии, изменения инструмента и время на развороты телескопа. Через несколько недель обработанные данные можно скачать с защищенного сайта. Никакой романтики!

Сложности и тонкости неизбежны. Галактики – трехмерные объекты, трехмерные движения тел в пространстве проецируются на двумерную плоскость неба, а щель спектрографа дает лишь одномерный срез дисперсии скоростей. В результате необходимо строить модели на основе данных, делать в ходе анализа различные допущения. По-разному ориентируя щель, можно приблизиться к двумерной карте скоростей, но для этого нужно тратить на каждую галактику много вожделенного времени работы телескопа.

L. Ferrarese and D. Merritt, “Supermassive Black Holes,” Physics World 15 (2002): 4–46; and L. Ferrarese and H. Ford, “Supermassive Black Holes in Galactic Nuclei: Past, Present, and Future,” Space Science Reviews 116 (2004): 523–624.

R. Bender et al., “HST STIS Spectroscopy of the Triple Nucleus of M31: Two Nested Disks in Keplerian Motion around a Supermassive Black Hole,” Astrophysical Journal 631 (2005): 280–300.

R. P. van der Marel, P. T. de Zeeuw, H.-W. Rix, and G.D. Quinlan, “A Massive Black Hole at the Center of the Quiescent Galaxy M32,” Nature 385 (1997): 610–12.

K. Gebhardt and J. Thomas, “The Black Hole Mass, Stellar Mass-to-Light Ratio, and Dark Halo in M87,” Astrophysical Journal 700 (2009): 1690–1701.

M.C. Begelman, R.D. Brandford, and M.J. Rees, “Theory of Extragalactic Radio Sources,” Reviews of Modern Physics 56 (1984): 255–351.

R.D. Blandford, H. Netzer, and L. Woltjer, Active Galactic Nuclei (Berlin: Springer, 1990).

M.C. Begelman and M.J. Rees, “The Fate of Dense Stellar Systems,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 185 (1978): 847–60; and M.C. Begelman and M.J. Rees, Gravity’s Fatal Attraction: Black Holes in the Universe (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2009).

P. Khare, “Quasar Absorption Lines: an Overview,” Bulletin of the Astronomical Society of India 41 (2013): 4–60.

W. L.W. Sargent, “Quasar Absorption Lines and the Intergalactic Medium,” Physica Scripta 21 (1980): 753–58.

D.H. Weinberg, R. Dave, N. Katz, and J. Kollmeier, “The Lyman-Alpha Forest as a Cosmological Tool,” in The Emergence of Cosmic Structure , AIP Conference Series 666, edited by S. Holt and C. Reynolds, 2003, 157–69.

Теория линзирования предполагает получение определенного количества странных изображений, частью увеличенных, частью уменьшенных. Самая распространенная геометрия линзирования дает пару увеличенных изображений и одно уменьшенное, обычно слишком тусклое и не вполне различимое, поэтому просматривается пара изображений. Если линзируемый объект имеет сложное распределение массы, то возможно возникновение большего количества дополнительных изображений: астрономы наблюдали линзированные квазары, повторенные четыре, шесть и даже десять раз. Обзор возникающих феноменов см. в: T. Sauer, “A Brief History of Gravitational Lensing,” Einstein Online, Volume 4, 2010, http://www.einstein-online.info/spotlights/grav_lensing_history.

Британский телескоп Шмидта хорошо описал бывший сотрудник Фред Уотсон: Stargazer: Life and Times of the Telescope (London: Allen and Unwin, 2004). См. также резюме: https://www.aao.gov.au/about-us/uk-schmidttelescope-history.

Прибор с зарядовой связью, англ. CCD. – Прим. пер.

M. Miyoshi et al., “Evidence for a Black Hole from High Rotation Velocities in a SubParsec Region of NGC4258,” Nature 373 (1995): 127–29.

A.J. Baarth et al., “Towards Precision Black Hole Masses with ALMA: NGC1332 as a Case Study in Molecular Disk Dynamics,” Astrophysical Journal 823 (2016): 5–73.

B.M. Peterson, “The Broad Line Region in Active Galactic Nuclei,” Lecture Notes in Physics vol. 693 (Berlin: Springer, 2006), 77–100.

Чтобы надежно оценить массу, нужно учесть много нюансов и преодолеть много сложностей. Быстро движущийся газ, дающий эмиссионные линии, собран в облака, а не распределен равномерно, и облака, имеющие разную плотность и находящиеся на разном расстоянии от черной дыры, генерируют разные эмиссионные линии. Геометрия газа влияет на время запаздывания сигнала. Например, газ, образующий кольцо, имеет параболическую поверхность постоянного времени запаздывания. При более сложной трехмерной геометрии газа усложняется и анализ. Неравномерное распределение переменности, обусловленной превратностями погоды и расписанием работы телескопа, добавляет проблем. До 100 астрономов могут участвовать в одной из таких интенсивных программ по составлению карты отражений, и все ради получения массы нескольких черных дыр.

M.C. Bentz et al., “NGC5548 in a Low-Luminosity State: Implications for the BroadLine Region,” Astrophysical Journal 662 (2007): 205–12.

B.M. Peterson and K. Horne, “Reverberation Mapping of Active Galactic Nuclei,” in Planets to Cosmology: Essential Science in the Final Years of the Hubble Space Telescope , edited by M. Livio and S. Casertano (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2004).

Обзор методов: B.M. Peterson, “Measuring the Masses of Supermassive Black Holes,” Space Science Review 183 (2014): 253–75. Большое количество данных представлено в: A. Refiee and P.B. Hall, “Supermassive Black Hole Mass Estimates Using Sloan Digital Sky Survey Quasar Spectra at 0.7 < z < 2,” Astrophysical Journal Supplements 194 (2011): 42–58.

Для сравнения, мировое потребление энергии составляет около 20 ТВт, что в 10 26раз меньше энергии, выделяемой квазаром.

J. Updike, “Ode to Entropy,” in Facing Nature (New York: Knopf, 1985).

В физике существует фундаментальное различие между тепловыми и нетепловыми процессами. В тепловом процессе физическая система находится в равновесии и имеет специфическую температуру. В этом случае она испускает излучение абсолютно черного тела в широком интервале длин волн, но с четко выраженным пиком, длина волны которого обратно пропорциональна температуре (закон Вина). Если процесс нетепловой, физическая система не уравновешена и не имеет специфической температуры. Она излучает в широком диапазоне, и энергия в спектре обычно распределена по степенному закону. Примером нетеплового излучения является синхротронное излучение активных галактик и квазаров.

A. Prieto, “Spectral Energy Distribution Template of Redshift-Zero AGN and the Comparison with that of Quasars,” in Astronomy at High Angular Resolution , Journal of Physics Conference Series, vol. 372 (London: Institute of Physics, 2012), 1–5.

X. Barcons, The X-Ray Background (Cambridge, UK: Cambridge University Press, 1992).

A. Moretti et al., “Spectrum of the Unresolved Cosmic X-Ray Background: What is Unresolved 50 Years after its Discovery?” Astronomy and Astrophysics 548 (2012): 87–99.