16 марта исполнилось 50 лет со дня открытия квазаров. В этот день Роберт Антонуччи, астрофизик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, опубликовал в журнале Nature комментарий, заявляя, что за полвека ученые так и не смогли разобраться толком, что же это такое.
«За последние 50 лет мы открыли тысячи квазаров, но до сих пор не имеем хорошей физической модели, которая объяснила бы, каким образом они излучают свою чудовищную энергию, – пишет Антонуччи и с отчаянием добавляет: – У нас ничего нет. Остается надеяться только на то, что прилетят инопланетяне и, наконец, расскажут про квазары всю правду».
А началось все с так называемых «радиозвезд», точечных источников космического радиоизлучения. На заре радиоастрономии таких радиозвезд было обнаружено довольно много, но со временем многие из них были отождествлены с уже открытыми туманностями и галактиками. К 1963 году в Третьем Кембриджском каталоге космических радиоисточников (3С) осталось пять совершенно непонятных радиозвезд – 3С48, 3С147, 3С196, 3С273 и 3С286.
Точечный источник мало что может рассказать о себе – это всего лишь светлая точка. Астроном может говорить только о ее яркости и спектре (в данном случае о радиоспектре). Спектры этих пяти радиозвезд содержали линии, которые не соответствовали ни одному из известных химических элементов, да еще и не содержали линии водорода и других знакомых химических элементов! Пять тусклых пятнышек 13-16-й величины оказались для астрономов непрекращающейся головной болью. Но 16 марта 1963 года молодой голландский астрофизик Маартен Шмидт, работавший в США, опубликовал статью, в которой «невозможные» спектры, наконец, получили объяснение. Шмидт предположил, что часть спектральных линий радиозвезды 3C 273 – это обыкновенная серия Балмера, то есть спектральные линии водорода, только сильно смещенные в низкочастотную часть спектра. Шмидт убедительно доказал свое предположение и на основе «красного смещения» рассчитал расстояние до 3C 273.
Как только расстояние было названо, этот объект радиозвездой никто никогда больше не называл. Если Вселенная расширяется, то все дальние космические объекты движутся, удаляясь от нас. Если же она расширяется с ускорением, то чем дальше они от нас, тем выше их скорость, а скорость можно рассчитать по красному смещению, частотному сдвигу их излучения, вызванному эффектом Допплера. Если у звезд этот сдвиг никогда не превышает 0,2%, то здесь он составлял 16%, то есть был в 80 раз больше обычного. И это означало, что источник излучения находится от нас на расстоянии 2,5 миллиарда световых лет. А с такого расстояния никакую звезду, даже самую яркую, увидеть невозможно. Это было что-то другое, но ни в коем случае не звезда. С тех пор для таких объектов появился термин «квазизвездный источник радиоизлучения», сокращенно квазар.
Как это часто бывает в науке, расправившись с одной загадкой, ученые столкнулись с целым рядом других. Главной из них была непомерно высокая яркость квазаров – по мощности излучения они в сотни раз превосходят галактики типа нашей, будучи в тысячи раз компактнее. Если даже очень далекие галактики в современные телескопы видны как размытые «пятнышки», то квазары для них всегда – точки.
Довольно быстро, уже в 1969 году, ученые пришли к выводу, что источниками этого невероятно мощного излучения являются черные дыры - не сами они, конечно, а вещество, падающее на них, поскольку с приближением к горизонту событий скорость его падения становится почти световой. При этом вещество начинает интенсивно излучать фотоны, причем во всех диапазонах частот – от радиоволн до жесткого рентгена. Сегодня считается, что это излучение идет из активных ядер галактик, скорей всего, из окружения сверхмассивных черных дыр в десять и более миллиардов масс Солнца, которые, как правило, находятся в галактических центрах. В некоторых случаях квазары генерируют энергию в сто тысяч раз больше, чем крупная галактика. Однако дальше дело не пошло – по словам Антонуччи, до сих пор так и остались не разработанными физические модели, описывающие поведение вещества, окружающего сверхмассивные черные дыры, а модели, разработанные для обыкновенных черных дыр со звездными массами, дают предсказания, не совпадающие с результатами наблюдений.
Удивительна не только не поддающаяся объяснению светимость квазаров, но и скорость их удаления. Самый быстрый из них, 3С196, удаляется от нас со скоростью 200 тысяч км/сек. Одно время считалось даже, что некоторые из квазаров разлетаются вообще со сверхсветовой скоростью, но, как и следовало ожидать, вскоре ошибка была найдена, и скорость света вновь вернула себе статус абсолютного максимума. Но, пожалуй, это была единственная загадка, заданная квазарами, на которую был найден ответ.
Маартен Шмидт считает очень странным эффект «вымирания» квазаров. По статистике, которая была обработана в его лаборатории, 10 миллиардов лет назад в юной Вселенной было в сто раз больше квазаров, чем сейчас. «Сейчас очень мало квазаров во Вселенной, – говорит он, – и похоже, что и они скоро исчезнут». Создается впечатление, что вначале сверхмассивные черные дыры в центрах галактик вели себя очень бурно, но потом стали успокаиваться и, словно сытые удавы, довольствуются лишь легкими перекусами из межзвездной пыли, почти не давая о себе знать. Механизм этого «старения Вселенной» до сих пор остается невыясненным.
Самым главным вопросом Антонуччи считает состав струй вещества, выбрасываемого квазарами. «Состоят ли они из протонов и электронов, или же это электрон-позитронные пары? Уносят ли протоны столько энергии, сколько их уносят космические лучи? Каково соотношение между энергиями электрического и магнитного полей, делятся ли они поровну? Пока мы этого не узнаем, мы почти ничего не сможем сказать об энергии, которую могут уносить эти струи», – пишет он в своем комментарии.
Конечно, на информацию от пришельцев рассчитывать не стоит, тем более, что астрофизики и без инопланетной помощи могут многое сделать самостоятельно уже сейчас, считает Антонуччи. Он фактически обвиняет коллег в недостаточной активности и призывает их разрабатывать продвинутые компьютерные модели, способные описывать поведение черных дыр и их окружения. Также, утверждает он, может помочь создание более чувствительных гамма-телескопов. Поскольку источники гамма-излучения находятся в самой непосредственной близости от черной дыры, гамма-телескопы могут дать нам картину происходящего там.
Маартен Шмидт, всю жизнь отдавший радиоастрономии, тоже считает, что загадки квазаров разрешить хоть и трудно, но «не невозможно». Для этого, по его мнению, нужно квазар-точку превратить в квазар-пятнышко, то есть хоть как-то разглядеть его структуру. А для этого подходят радиотелескопы со сверхдлинными базами. Нужно, говорит он, направить на один и тот же квазар множество радиоантенн, как можно дальше разбросанных, и тогда, может быть, что-нибудь да получится.
