Космические рубежи теории относительности - Кауфман Уильям - Страница 67

В 1960-х годах астрономы приступили к чрезвычайно подробным наблюдениям галактик и, к своему большому удивлению, обнаружили, что в центрах галактик, по-видимому, часто происходят чудовищные катастрофы. Так, например, в неправильной галактике М 82 сейчас наблюдается чудовищный взрыв, буквально разрывающий галактику на части. Струи газа вырываются из этой галактики со скоростями, превышающими 15000 км/с.

Но кроме неправильных галактик, которые исковерканы катастрофическими явлениями, галактики, имеющие обычный вид, часто также оказываются ареной гигантских взрывов. Например, на снимке с короткой выдержкой на рис. 16.7 видна галактика М 87, из ядра которой вырывается огромная струя газа. Физики пока не могут объяснить механизмы высвобождения тех количеств энергии, которые должны иметь место в подобных взрывах.

РИС. 16.7. Струя выброса из галактики М 87. На снимке эллиптической галактики М 87, сделанном с короткой экспозицией (ср. с рис. 16.3), видна гигантская струя газов, извергающаяся из ядра этой галактики. Эта струя является мощным источником радиоизлучения. (Ликская обсерватория.)

Одним из самых впечатляющих примеров взрывающихся галактик является NGC 1275 в созвездии Персея (сокращение NGC означает «Новый Генеральный Каталог», включающий тысячи туманностей). На рис. 16.8 приведена замечательная фотография этого объекта, полученная Р. Линдсом на Национальной обсерватории Китт Пик (США). Галактика NGC 1275 похожа больше на остатки сверхновой (например, на Крабовидную туманность), чем на галактику. К тому же она является мощным источником радиоизлучения и рентгеновских лучей.

РИС. 16.8. Взрывающаяся галактика NGC 1275. На этом уникальном снимке видно, как огромные количества газа выбрасываются из галактики NGC 1275 в созвездии Персея. (С разрешения Р. Линдса, Национальная обсерватория Китт Пик.)

Один из самых мощных радиоисточников южного неба связан с необычной галактикой NGC 5128. Как видно на рис. 16.9, эту галактику также буквально разрывает на части грандиозный взрыв. Процессы, которые приводят к тому, чтобы галактика разрывалась на части, пока совершенно неясны.

РИС. 16.9. Взрывающаяся галактика NGC 5128. При катастрофических процессах, в результате которых эта галактика разрывается на части, также испускается огромное количество радиоволн. Эта видимая в оптическом диапазоне галактика NGC 5128 связана с одним из самых мощных радиоисточников южного неба. (Обсерватория им Хейла.)

Стоящая перед теорией проблема разгадки процессов, приводящих к катастрофическим событиям в ядрах галактик, ещё больше усложнилась с открытием квазаров. Квазары (например, ЗС48, изображенный на рис. 16.10) - это голубые звездоподобные объекты, в спектрах которых наблюдаются огромные красные смещения. Есть даже несколько квазаров, красное смещение которых соответствует убеганию со скоростями, превышающими 90% скорости света! Опираясь на закон Хаббла, астрономы заключили в соответствии со значениями красного смещения, что квазары находятся чрезвычайно далеко от нас. Расстояния до них должны быть настолько большими, что они вообще не должны наблюдаться - так они были бы слабы. Но, как и в случае взрывающихся галактик, квазары, по-видимому, излучают фантастические количества энергии, источники которой пока не поддаются объяснению.

РИС. 16.10. Квазар ЗС 48. Квазары выглядят как голубые звёзды, но обладают огромными значениями красного смещения. Согласно закону Хаббла, это означает, что квазары - самые удалённые объекты, наблюдаемые во Вселенной. Будучи столь далеко от нас, они должны излучать огромные количества энергии, чтобы быть видимыми, - намного больше, чем излучают обычные галактики. (Обсерватория им. Хейла.)

В 1969 г. Д. Линден-Белл в Королевской Гринвичской обсерватории (Англия) занялся исследованием квазаров и взрывающихся галактик. Из весьма общих соображений он показал, что, независимо от механизма гигантского выхода энергии в ядрах галактик и в квазарах, источник этой энергии должен быть компактным и массивным. Как правило, масса объектов, выделяющих такое количество энергии, должна достигать 10 миллионов масс Солнца! А поскольку эти объекты должны иметь малые размеры, логически вытекает, что либо они уже являются чёрными дырами, либо станут чёрными дырами за очень короткий промежуток времени. Поэтому Линден-Белл сделал заключение, что с таинственными явлениями во взрывающихся галактиках и квазарах могут быть связаны массивные чёрные дыры.

Хотя массивные чёрные дыры, возможно, находятся в центрах галактик, трудно представить себе, как именно могут они выделять те огромные количества энергии, которые наблюдаются. В 1971 г. Линден-Белл и М. Дж. Рис из Кембриджского университета (Англия) показали, что массивная чёрная дыра в центре нашей Галактики была бы окружена огромным диском аккреции. В отличие от источника Лебедь Х-1, испускающего рентгеновские лучи, галактический диск аккреции должен был бы испускать огромное количество инфракрасного излучения. Любопытно отметить, что усилиями астрономов, в том числе Фрэнка Лоу из Аризонского университета (США), были действительно открыты мощные источники инфракрасного излучения в центре Галактики.

РИС. 16.11. Шаровое звёздное скопление. Шаровые скопления можно обнаружить почти во всякой галактике. Обычно в них содержится порядка 100 000 звёзд, и они движутся по сильно вытянутым эллиптическим орбитам вокруг ядра своей галактики. (Ликская обсерватория.)

Другой канал возможного высвобождения энергии массивными чёрными дырами - это механизм Пенроуза, обсуждавшийся в гл. 11. Вспомним, что если при падении в эргосфере на керровскую чёрную дыру тело распадается на части, то часть этого тела может быть выброшена обратно с огромной энергией. Астрономам хорошо известно, что в большинстве галактик имеются шаровые звёздные скопления. Такие скопления (снимок одного из них приведен на рис. 16.11) обычно содержат около 100 000 звёзд и движутся вокруг центра галактики, к которой они принадлежат, по очень вытянутым эллиптическим орбитам. Если в центре этой галактики имеется массивная чёрная дыра, то может случиться, что шаровое скопление случайно попадет в её эргосферу. В результате скопление разорвется на части, как показано на рис. 16.12. Если часть входящих в него звёзд упадет в дыру, то остальные могут быть с большой силой выброшены наружу. Возможно, что такой процесс, именуемый просачиванием сквозь эргосферу, и порождает «струю», наблюдаемую в таких галактиках, как М 87 (см. рис. 16.7) или в квазаре ЗС 273 (см. рис. 5.8).

РИС. 16.12. Просачивание через эргосферу. Если звёздное скопление попадает в эргосферу массивной чёрной дыры, оно разрывается на части. Под влиянием механизма Пенроуза часть звёзд может быть выброшена обратно, приобретя огромные скорости.

Хотя предположение, что в центре галактик находятся массивные чёрные дыры, привлекательно, следует подчеркнуть, что в поддержку этой гипотезы нельзя привести ни одного прямого факта наблюдений. Однако это не мешает ряду астрофизиков увлекаться довольно фантастическими спекуляциями. Например, была выдвинута ещё более фантастическая идея, что многие процессы, наблюдающиеся в галактиках и квазарах, связаны с белыми дырами. В гл. 14 были приведены весьма общие соображения, которые как будто полностью исключают возможность существования белых дыр. Здесь в первую очередь речь вдет о том, что существование белых дыр противоречит некоторым фундаментальным законам, в частности принципу причинности.