Курс теоретической астрофизики

Из наблюдений следует, что, кроме радиоизлучения от отдельных галактик, к нам приходит радиоизлучение от всей Метагалактики. Характерная черта этого излучения — независимость его интенсивности от направления: Упомянутое излучение было открыто случайно в 1965 г., хотя существование его предсказывалось двадцатью годами раньше. Наблюдения, выполненные на разных длинах волн, показали, что данное излучение хорошо описывается планковской кривой с температурой около 3 K. Интенсивность его максимальна на длине волны 0,15 см. Обычно это излучение называют реликтовым, так как считается, что оно сохранилось от той стадии развития Вселенной, когда она была плотнее и горячее. По мере же расширения Вселенной температура её излучения уменьшалась, достигнув трёх градусов к настоящему времени.

7. Квазары.

В 1963 г. среди источников космического радиоизлучения были обнаружены объекты, которые в визуальных лучах оказались похожими на звёзды. Их назвали квазизвёздными объектами или сокращённо — квазарами. Наблюдения квазаров в видимой области спектра и в радиодиапазоне привели к чрезвычайно интересным результатам (см. [10], [11] и др.).

Особенно неожиданными оказались оптические спектры квазаров, состоящие из ярких линий на непрерывном фоне. В течение некоторого времени эти линии не удавалось отождествить, но потом М. Шмидт показал, что они принадлежат известным атомам (𝙷, 𝙼𝚐 II, 𝙾 III и др.), однако сильно смещены в красную сторону спектра. Если λ₀ — длина волны линии в лабораторной системе, а Δλ, — смещение линии, то величина 𝑧=Δλ/λ₀ получается для квазаров порядка единицы. Для самого яркого квазара 3C 273 (с видимой величиной 12^𝑚,8) 𝑧=0,16. Для многих квазаров величина 𝑧 достигает 2 и больше. В спектрах таких квазаров линия L_α с длиной волны λ₀=1216 Å переходит в визуальную область.

Как известно, в спектрах галактик линии также смещены в красную сторону и это смещение объясняется удалением галактик от нас с огромными скоростями. Такое же объяснение смещения линий естественно принять и для квазаров. Поскольку смещение очень велико, то для определения скорости удаления 𝑣 необходимо пользоваться следующей формулой, даваемой теорией относительности:

Δλ

λ₀

=

⎛

⎜

⎝

𝑐+𝑣

𝑐-𝑣

⎞½

⎟

⎠

-1

,

(34.32)

где 𝑐 — скорость света. Для квазара 3C 273 по этой формуле находим, что 𝑣=45 000 км/с. Для квазара с 𝑧=2 получаем 𝑣=240 000 км/с.

Согласно закону Хаббла, скорости удаления галактик пропорциональны их расстояниям. Считая, что этот закон справедлив и для квазаров, мы получаем возможность определить расстояние до квазаров по смещениям линий в их спектрах. К настоящему времени таким способом найдены расстояния приблизительно до тысячи квазаров. Эти расстояния (называемые космологическими) очень велики — свет от квазаров идёт к нам миллиарды лет. В среднем квазары находятся от нас дальше галактик.

Знание расстояний до квазаров и их видимых звёздных величин позволяет определить светимости квазаров. Для этих величин получаются громадные значения — порядка 10⁴⁵—10⁴⁷ эрг/с, т.е. на несколько порядков превосходящие светимости галактик.

По известным расстояниям до квазаров и их угловым диаметрам можно найти линейные размеры квазаров. Для многих квазаров были измерены угловые диаметры в радиочастотах. Это дало возможность установить, что поперечники областей, от которых идёт радиоизлучение, порядка 100 парсек.

Более сложным путём определяются размеры оболочек, в которых возникают спектральные линии. Так как линейчатые спектры квазаров похожи на спектры газовых туманностей, то для выяснения физических условий в оболочках можно применить методы, изложенные в главе V. По относительным интенсивностям эмиссионных линий было получено, что в оболочках квазаров 𝑇_𝑒≈20 000 K и 𝑛_𝑒≈10⁷ см⁻³. Найденные значения 𝑇_𝑒 и 𝑛_𝑒 можно подставить в формулу (24.14), выражающую энергию, излучаемую оболочкой в бальмеровских линиях. Так как эта энергия известна из наблюдений, то с помощью указанной формулы определяется объём оболочки 𝑉. Для поперечника оболочки таким путём были получены значения порядка нескольких парсек.

Некоторое представление о размерах квазаров дало открытие очень важного явления — переменности их блеска. Как показал анализ старых наблюдений, блеск квазара 3C 273 заметно меняется с приблизительным периодом в 10 лет. Это означает, что размеры квазара не могут быть больше 10 световых лет. Такое заключение следует из того, что излучение, выходящее из разных частей протяжённого объекта одновременно, до нас доходит в разные моменты времени, т.е. оно «размазывается». Наблюдениями также обнаружены кратковременные изменения блеска квазаров (как в оптическом, так и в радиодиапазоне). По-видимому, их можно объяснить взрывами в отдельных частях квазаров.