Квазары—зонды удаленных областей и ранних стадий нашей Вселенной

Свет от этих загадочных объектов был испущен 15 млрд. лет назад, поэтому они предоставляют нам уникальный ключ к разгадке того, как выглядела Вселенная, когда она была в четыре раза моложе, чем сегодня.

Прошло более 60 лет, с тех пор как М. Шмидт открыл квазары, однако до сих пор они представляют одну из самых непостижимых загадок астрономии. Хотя их природа пока остается предметом жарких споров, относительно их внешнего проявления уже не существует сомнений: квазары — это звездообразные объекты с большим красным смещением.

Свет, излучаемый квазарами, сильно смещен к красному концу спектра, и это означает, что они удаляются от нас со скоростью, составляющей значительную долю скорости света. Если большие красные смешения квазаров действительно указывают на их удаление от нас, то они должны находиться значительно дальше, чем обычные галактики, красные смешения в спектрах которых свидетельствуют об общем расширении Вселенной.

 

Мощность излучения квазара может в 1000 раз превышать мощность излучения целой галактики, насчитывающей 100 млрд. звезд. Свет от самых далеких квазаров отправился в путь, когда Вселенная была в четыре раза моложе, чем теперь, и этому излучению потребовалось 15 млрд. лет, что бы достичь нас.

Открытие и изучение

Вокруг нескольких слабых относительно близких квазаров обнаруживаются следы существования галактик, но далекие квазары можно отличить от звезд только по особенностям их спектров. Нелегко отличить квазары от звезд. Широкоугольный снимок неба, полученный большой камерой Шмидта (в основе которой лежит оптическая система, сконструированная в 1920-х годах Б. Шмидтом), содержит по меньшей мере 200000 звездообразных изображений, из которых лишь несколько сотен — это квазары.

Первые квазары были открыты астрономами при попытках отождествить источники космического радиоизлучения. По мере совершенствования радиоастрономических методов наблюдений точность определения положений радиоисточников непрерывно возрастала. Во многих случаях они совпадали со звездообразными изображениями на фотопластинках.

Поскольку радиоизлучение обычных звезд не было доступно наблюдениям из-за несовершенства существовавших в то время инструментов, совпадение радиоисточника с звездообразным изображением служило хорошим критерием для выделения квазаров из звезд. В результате среди первых отождествленных квазаров многие были сильными радиоисточниками. Отсюда и название — квазизвездный источник космического радиоизлучения, или сокращенно квазар.

Однако вскоре выяснилось, что подавляющее большинство квазаров — слабые радиоисточники, и поэтому они не были обнаружены при помощи радиотелескопов. А. Сэндсйдж, работая на 5-метровом телескопе Хейла обсерватории Маунт-Паломар, установит, что в ультрафиолетовой области спектра квазары излучают гораздо интенсивнее, чем обычные звезды, и поэтому их можно отождествлять, сравнивая звездообразные изображения на пластинках, чувствительных к ультрафиолетовым лучам, с изображениями на обычных пластинках, чувствительных к свету в голубом конце видимой области спектра. Сэндсйдж показал, что радио спокойные (являющиеся слабыми источниками радиоизлучения) квазары гораздо более многочисленны, чем квазары, интенсивно излучающие радиоволны.

Обнаружение и измерение расстояний

Спектры квазаров сильно отличаются от спектров всех других астрономических объектов. Вследствие большого красного смешения в видимую область попадает ультрафиолетовая часть спектра, никогда прежде не регистрировавшаяся наземными телескопами. Красное смешение, часто обозначаемое буквой Z определяется вычитанием длины волны эмиссионной линии в покоящейся системе отчета.

Если красное смешение квазаров обусловлено общим расширением Вселенной, то квазары — это не близкие объекты, по той или иной причине движущиеся с высокими скоростями, а чрезвычайно удаленные объекты. Это прямое следствие вывода, сделанного в 1929 году Э. Хабблом и основанного на наблюдениях Хьюмасона, согласно которому галактики удаляются от нас (и друг от друга) со скоростями, пропорциональными их расстояниям.

Если исходить из принятой в настоящее время космической шкалы расстояний, то галактика с красным смешением всего 0,01 (или скоростью удаления 3000 км/с) находится на расстоянии 200 млн. световых лет. Это уже довольно значительное расстояние. Ближайшая спиральная галактика в созвездии Андромеды находится на расстоянии всего около 2 млн. световых лет. Расстояния же до квазаров колоссальны. Квазары с самыми большими известными красными смещениями находятся вблизи границы наблюдаемой Вселенной.

В астрономии измерение расстояний всегда было нелегкой задачей. Лишь расстояния до ближайших звезд были измерены прямым тригонометрическим методом (методом паралаксов), подобно тому как топографы измеряют расстояния на Земле. Расстояния до более далеких объектов были определены путем экстраполяции. Никто не станет утверждать, что красные смещения дают абсолютные расстояния до галактик, но общепринято, что красные смещения являются хорошей мерой относительных расстояний.

Из концепции расширяющейся Вселенной следует, что объект с большим красным смещением виден таким, каким он был в далеком прошлом. Свет от квазара с красным смешением 3, регистрируемый нами сегодня, был испущен 15 млрд. лет назад. Свет от квазара с красным смещением всего лишь 1 находится в пути
10 млрд. световых лет — в течение времени, равного половине возраста Вселенной.

Еще одно следствие из теории расширяющейся Вселенной состоит в том, что красное смешение даст нам прямую оценку коэффициента ее расширения. Свет от квазара с красным смешением 3 был испущен тогда, когда наблюдаемая область Вселенной была в четыре раза меньше, чем сегодня, т.е. все ее объекты были в четыре раза ближе друг к другу. Поэтому распределение квазаров по красным смещениям позволяет нам судить о строении и свойствах Вселенной на ранних стадиях ее эволюции.

Автор: Патрик С. Озмер

Жми «Нравится» и получай только лучшие посты в Facebook ↓

Квазары—зонды удаленных областей и ранних стадий нашей Вселенной