Что такое квазар

В 1960 году были обнаружены очень слабые точечные источники радиоизлучения с большими красными смещениями. Многие из них впоследствии оказались радиогалактиками. Но несколько источников при сколь угодно сильном разрешении так и оставались точечными, как звёзды. Поэтому они получили название квазары (квази-звездные радиоисточники). Как оказалось, название "радиоисточники" они получили напрасно. На данный момент известно уже около двухсот тысяч квазаров и лишь у 1% из них выявлено заметное излучение энергии в виде радиоволн. Квазары со слабым излучением радиоволн получили отдельное название "квазаги" (квази-звёздные галактики). Но переход от квазаров к квазагам не был резким - доля излучения в радиоволнах по отношению к полному излучению уменьшалась постепенно. Поэтому в настоящее время за этими обоими объектами закрепилось обозначение "QSO" ("quasi-stellar objects - квази-звездные объекты) или QSS (quasi-stellar sources - квази-звездные источники). Но чаще всё же по-прежнему используется термин "квазары".

Впрочем, от мысли, что эти объекты являются звёздами, также пришлось отказаться. Началось с того, спектр квази-звездных объектов настолько резко отличался от спектров всех других звезд, что казался нераспознаваемым. Вскоре, однако, выяснилось, что спектр просто сильно смещён в красную сторону. По величине красного смещения по закону Хаббла определили расстояние до квазаров (расстояние, найденное по формуле Хаббла называется космологическим). Получилось, что квазары находятся на краю видимой Вселенной. Сопоставили найденное расстояние с блеском квазара, и получилось, что масса квазара должна превышать массу Солнца в сотни миллионов или даже в миллиарды раз. Согласно законам физики звёзд с такими массами быть не может.

Следующий шаг к пониманию природы квазаров был сделан, когда по спектрам сопоставили химический состав излучающих областей квазаров с химическим составом излучающих областей обычных галактик. Химические составы квазаров и обычных галактик оказались одинаковыми. Это свидетельствовало о родстве галактик и квазаров. Однако, отмечается такая особенность спектров квазаров: у разных линий красные смещения различны; в спектре есть как линии излучения, так и линии поглощения; обычно линии поглощения смещены к красному концу спектра меньше, чем линии излучения, но бывает и наоборот. Последнее явление особенно ставит астрономов в тупик.

Далее последовал скурпулёзный и длительный процесс сопоставления свойств квазаров со свойствами галактик различных типов. И опять выяснилось, что резкого перехода от галактик к квазарам нет. Вместо этого есть цепочка плавного перехода от нормальных галактик к квазарам: нормальные галактики- эллиптические галактики - радиогалактики- "голубые" галактики - компактные галактики - галактики Сейферта - Лацертиды - квазары. Нормальные галактики - это сравнительно близкие к нам галактики, в непрерывных спектрах которых нет смещённых линий излучения, а есть только тёмные линии поглощения с небольшим красным смещением. Лацертиды - галактики c очень активными ядрами высокой переменной мощности . Как и ядра квазаров, они выглядят на фотографиях точечными источниками. Расстояния до них, найденные по красному смещению, сравнимы с расстояниями до далеких квазаров. На фотографиях лацертиды иногда окружены слабо светящимися ореолами - звездными системами. Вскоре около нескольких сравнительно близких квазаров также были обнаружены слабые туманности, состоящие из звёзд. Это дало основание полагать, что квазары - галактики с необычно активными ядрами.

В настоящее время большинством астрономов признано, что квазары - это галактики с очень активными ядрами. На самом деле ядра всех галактик активны в большей или меньшей степени. Причём прослеживается закономерность - чем больше космологическое расстояние до галактики ( то есть, чем больше красное смещение), тем активнее ядро галактики и тем мощнее её светимость (т.е. полная мощность излучения) галактики. Поэтому, обсуждая свойства квазаров (очень высокая светимость и очень большая амплитуда переменности), некоторые астрономы осторожно добавляют: "если расстояние до квазара определено правильно".

Очень своевременная оговорка, потому что при определении расстояний до квазаров по красному смещению у них наблюдаются свойства, которых в принципе не может быть. К таким свойствам, которых в природе не может быть никогда, относятся красные смещения в спектре одного и того же квазара, отличающиеся в 10 раз. А это означает, что квазар удаляется от нас с разными скоростями, отличающимися в 10 раз. Но это ещё не все мистические свойства. Есть ещё такой феномен. На небесной сфере наблюдаются два удаляющиеся друг от друга квазара. Так вот, если расстояние до этих квазаров определить по их красному смещению, то окажется, что они удаляются друг от друга со скоростью, в несколько раз превышающей скорость света. Эти два мистических результата (удаление квазара от наблюдателя с разными скоростями и удаление квзаров друг от друга со сверхсветовыми скоростями) следуют из теории Большого Взрыва. Теория, которая даёт такие чудовищные противоречия с основными законами физики, правильной быть не может. Но теорию Большого Взрыва пока неприкосновенна, так как она является следствием ОТО (общей теории относительности). Но, разумеется, вопрос пересмотра теории - это лишь вопрос времени. Накапливающиеся противоречия с основными законами физики неизбежно заставляют пересмотреть любую теорию.

Возникает предположение, а не является ли квазар явлением оптическим, связанным с завышением расстояния до него. Действительно, если квазары в 100 раз ближе к нам, чем определено по красному смещению, то их светимость мы завышаем в 10 000 раз, и при правильном определении расстояния вместо гигантской светимости квазаров мы бы получили их светимость такую же, как у нормальных галактик. Таким образом, сверхмощное излучения квазаров, и удаление двух квазаров друг от друга со сверхсветовыми скоростями легко объясняется просто завышением расстояния до наблюдаемых галактик.

В http://astrogalaxy.ru/857.html рассказано, что красное смещение галактик объясняется аккрецией межгалактического газа на ядро галактики. При этом газ разгоняется от нулевых скоростей на краю галактики до околосветовых скоростей в окрестности ядра. Причём, чем дальше от нас галактика, тем из более глубоких её слоёв попадает в спектр излучение аккрецирующего газа. Мы приписываем наблюдаемые скорости самой галактике, хотя она может оставаться почти неподвижной, а удаляется от нас только падающий на ядро галактики газ.

Остаётся объяснить, как в спектр квазара попадают линии излучения с разными красными смещениями. Для возникновения красного смещения очень большую роль играет форма магнитного поля галактики. Рассмотрим, например, спиральные галактики. Они лучше всего изучены, хотя бы потому, что наша родная Галактика тоже спиральная. У спиральных галактик магнитное поле имеет дипольную или квадрупольную структуру (рис.1)

Рассмотрим спиральную галактику, удаленную на такое расстояние, что бо́льшая часть спиральных рукавов и ядра будет скрыта флуктуациями фона ночного неба. Если такая галактика будет повернута к наблюдателю ребром, то аккреционный механизм красного смещения будет проявляться очень слабо. Причина этого в том, что газ, аккрецирующий в плоскости галактики, будет замагничиваться в спиральных рукавах, двигаться по спирали и давать очень малое красное смещение. А газ, аккрецирующий по направлению, перпендикулярному к плоскости галактики, вообще красное смещение давать не будет. Если же далекая спиральная галактика будет повернута полюсом к наблюдателю, то красное смещение, вызванное аккрецией газа, будет максимальным.

Наиболее яркие линии в спектре даёт столкновение аккрецирующего газа с плотными облаками межзвёздного газа, потому что в некоторых облаках плотность газа может в сотни тысяч раз превышать среднюю плотность межзвёздного газа Межгалактический газ часть времени находится в ионизированном состоянии, а часть времени в нейтральном. Поэтому он аккрецирует на полюс не прямолинейно, а в значительной мере соскальзывает по магнитным линиям. При этом создаётся "эффект воронки". Это проиллюстрировано на рис.2, где в поперечном разрезе показано магнитное поле квадрупольной конфигурации. Синим цветом изображен конус, в котором находился бы аккрецирующий газ при прямолинейной аккреции. Траектории газа для реально осуществляющейся аккреции показаны чёрным цветом. Как видно, чем ближе к центру галактики, тем сильнее реальная плотность аккрецирующего газа превышает плотность, рассчитанную для прямолинейной аккреции.

Встречаясь на пути аккреции с плотным газовым облаком, аккрецирующий газ может дать излучение, сравнимое по мощности с мощностью излучения всей галактики в оптическом диапазоне. Если же на пути аккреции встретятся несколько плотных газовых облаков (рис.3), то они дадут мощные линии излучения в спектре, причём с разными красными смещениями.

Описанный механизм объясняет не только "удаление квазара с разными скоростями", но и наблюдаемые иногда аномально малые размеры квазара ~ 10¹⁰ м, которые вычисляются по переменности излучения. Малые размеры излучающей области являются следствием сжатия аккрецирующего газа магнитным полем галактики в узкий жгут ("эффект воронки"). Для возникновения явления, наблюдаемого как квазар, не обязательно, чтобы галактика была спиральной. Достаточно, чтобы она обладала собственным магнитным полем и чтобы угол между магнитной осью и лучом зрения был невелик. С ослаблением магнитного поля или увеличением угла наклона магнитной оси описанные выше эффекты становятся менее отчетливыми.

Сформулируем кратко основные утверждения статьи.

Квазар - явление оптическое, обусловленное следующими причинами:

1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 26-27 января 2012 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'