Введення

У 1963 р. американський астроном голландського походження М. Шмідтзробив одне з найбільших відкриттів в астрономії ХХ ст. Це відкриття, однакмає свою передісторію. Близько 1960 невелику кількість радіоджерелабуло дуже надійно ототожнене із зірками, що було повноюнесподіванкою. Адже досі космічні радіоджерела ототожнювалисяабо з галактиками, або з туманностями (наприклад, що утворилися приспалахи наднових зірок). Очікувані потоки радіовипромінювання навіть від самихблизьких зірок повинні бути вкрай незначні. А між тим Ототожненіз зірками радіоджерела були досить інтенсивні. Цілком природно,що астрономи-оптики відразу ж зацікавилися цими зірками. М. Шмідтотримав і досліджував спектр такий досить яскравої зірки 13-ї величини,ототожненою з інтенсивним радіоджерела 3С 273. Цей спектр містивлінії випромінювання, які спочатку з жодними лабораторними лініямиототожнити не вдавалося. Велико же був подив астрономів, коли Шмідтз повною достовірністю ототожнив ці лінії з основними лініями воднюсерії Бальмером, довжини хвиль яких зміщені в червону сторону на нечуванув ті часи величину, що відповідає швидкості видалення джерела 42000км/с! Така швидкість видалення з великою імовірністю означає, що об'єкт
3С 273 знаходиться в Метагалактика, а що спостерігається червоний зсувспектральних ліній зумовлена розширенням Всесвіту. Застосовуючи закон Хаббла
(див. вище), отримаємо відстань до цього джерела близько 600 мегапарсек абоблизько двох мільярдів світлових років. З такими відстанями астрономи щетоді не зустрічалися. Тим більше дивно, що незважаючи на величезністьвідстані, об'єкт 3С 273 досить яскравий. Звідси випливає, що світність 3С
273 приблизно в сто разів перевищує світність нашої Галактики,вважається гігантської зоряної системою. З об'єктами такої високоїсвітності астрономи тоді ще не зустрічалися. Слід зауважити, щодивовижні властивості об'єкта 3С 273 були відкриті лише завдяки тому,що він виявився радіоджерела. На небі є багато тисяч зірочок 13-йвеличини, і серед них об'єкт 3С 273, багато разів потрапляв у поле зоруоптичних телескопів і довгі роки рішуче нічим не залучав до себеуваги. Це був далеко не останній випадок, коли радіоастрономія гралароль "гіда", звертає увагу на незвичайність того чи іншого оптичногокосмічного об'єкта.

Одразу ж після з'ясування метагалактіческой природи 3С 273 автор цієїстатті прийшов до парадоксального висновку, що блиск 3С 273 може змінюватися зчасом. Радянські астрономи А. С. Шаров та Ю. М. Єфремов ретельно досліджувалистарі фотографії неба, на які випадково потрапляв цей об'єкт. Ціфотографії зберігалися в "скляній бібліотеці" Державного
Астрономічного інституту ім. Штернберга. Результати перевершили самісміливі очікування: 3С 273 змінював свій блиск за кілька років майже на цілузоряну величину, тобто приблизно в 2.5 рази! Незабаром це відкриття радянськихвчених було підтверджено на багатшому наглядовій матеріалі в США.

Відкриття змінності 3С 273 дійсно було парадоксальним. Доцього часу змінність астрономи виявляли і вивчали у зірок різнихтипів. Але ж, здавалося, 3С 373 - це галактика, що складається з трильйонівзірок, кожна з яких, звичайно, повинна випромінювати незалежно. Так що прозмінності "згладженому" і усередненого за часом випромінювання такоговеличезної кількості зірок не могло бути й мови! І все ж змінність, іпритому значна, була в повній мірі! З того простого факту, що характернечас зміни потоку (а, отже, світності) було близько 1 року, зочевидністю випливало, що лінійні розміри випромінюючої області неперевищують 1 світловий рік - величина, мізерно мала для галактик. Звідсивипливав висновок, що випромінюють не зірки, а щось інше. Відносно цього
"іншого" можна було тільки сказати, що це об'єкт, до певної міриблизький за своєю природою ядер сейфертовських галактик, але тільки в тисячіразів могутніше і активніше. До речі, зауважимо, що історично змінність блискуядер сейфертовських галактик була відкрита пізніше, а саме дослідження цихгалактик в значній мірі стимулювався дослідженням об'єктів,споріднених за своєю природою 3С 273 і одержали назву "квазарів"
( "квазі-зіркові" об'єкти).

Що таке квазари?

Їх походження, будова і властивості

Квазари являють собою зовсім новий тип космічних об'єктівразом із зірками, галактиками і туманностями. Тому відкриття квазарів вастрономії було цілком аналогічно відкриттю нового типу тварин у зоології.
Відразу ж після з'ясування "квазарной" природи 3С 273 в астрономії почався
"квазарний бум". За кілька років межі спостережуваного Всесвітурозсунулися величезною мірою. Виявилося, що 3С 273 - одна і в самихблизьких до нас квазарів. Дуже скоро були виявлені такі об'єкти, уяких з-за червоного зсуву лінії в досить далекій ультрафіолетовоїчастини спектру "з'їхали" в видиму область. Слід зауважити, що і вспектрі 3С 273 спостерігалися ультрафіолетові лінії ионизованного магнію з
"лабораторної" довжиною хвилі 0,28 мікрона, які за відсутності червоногозміщення поглиналися б шаром озону в земній атмосфері. Але це - "майжевидимі "лінії. А от коли астрономи спершу у синій, а потім і в жовтійчастини спостережуваного спектру знайшли "королеву астрофізики" - резонансну лініюводню "Лайман альфа", лабораторна довжина хвилі якої О, 12 мікрон, --можна було тільки глибоко зітхнути! Адже це означало, що в результатічервоного зміщення довжина хвилі випромінювання збільшилася ... більше, ніж у чотирирази! У ту епоху, коли Квазаром були випромінюючи кванти, які заразуловлюються земними телескопами, розміри Всесвіту були в 4 - 4,5 разименше, ніж зараз, а її вік, приблизно, в 10 разів менше нинішніх
15 - 20 мільярдів років. Тоді явно не було ще Сонця і Сонячноїсистеми. Цілком можливо, що не було навіть нашої Галактики, а якщо вона ібула, то вона найсильнішим чином відрізнялася від тієї, яку астрономиспостерігають зараз. Коли уявиш собі, що слабка плямочка утворено нафотографічної платівці квантами, до цього подорожував по Всесвіту
10 - 15 мільярдів років, пропадає бажання займатися астрономією, так щокраще про це не думати.

Потрібно зауважити, що незабаром після відкриття квазарів були виявленітакої ж природи оптичні об'єкти без ознак радіовипромінювання. Вониотримали назву "радіоспокойние" квазари. Виявилося, що таких квазаріву багато десятків разів більше, ніж радіовипромінювальних.

Особливий інтерес представляють лінії поглинання, виявлені у спектрахнайвіддаленіших квазарів, звичайно таких, у яких лінія "Лайман-альфа" черезза червоного зміщення "переповзає" в видиму область. Дуже часто величиначервоного зсуву, що визначається за лініями поглинання, значно менше,ніж по лініях випромінювання. Крім того, у ряді випадків спостерігається в спектріодного квазара декілька систем ліній поглинання, що відрізняються червонимзміщенням. Швидше за все ці лінії утворюються "по дорозі", при проходженнісвітла через зовнішні газові шари більш близьких до нас галактик. Однакостаточно вирішеним це питання поки вважати не можна.

Радіоструктура квазарів багато в чому нагадує радіогалактики, так щозазвичай по одній лише цій структурі відрізнити квазари неможливо. Так само,як і у радіогалактик, дуже часто спостерігаються подвійні радіоджерела,між якими знаходиться компактний, іноді змінний, радіоджерела,збігається за своїми координатами з зіркоподібних оптичним об'єктом --квазарів. У дуже рідкісних випадках у найближчих квазарів близькозіркоподібно об'єкта спостерігаються дуже слабкі протяжні освіти.
Від квазара 3С 273 виходить слабка струмінь - викид протяжністю близько 20 ".
На такій величезній відстані цим кутовим розмірами відповідає лінійнапротяжність близько 100 тисяч світлових років. Ця струмінь, крім оптичноговипромінювання, також випромінює радіохвилі, так що квазар 3С 273 можнарозглядати як подвійний радіоджерела. Слід зауважити, що аналогічнівикиди спостерігаються також і в деяких радіогалактик. Особливо цікавийвикид у одній з найближчих до нас радіогалактик, про який мова буде йтидалі.

Важливим питанням є приналежність квазарів до скупчень галактик.
Довгий час не можна було вирішити питання з позитивного боку. Це ізрозуміло, адже квазари випромінюють у сотні разів інтенсивніше "нормальних"галактик, тому останні, що знаходяться в тому ж скупченні, будуть дужеслабкі, щоб вивчатися спектроскопічні. Адже критерієм приналежності доодному скупчення є однакове червоний зсув у галактик іквазарів. Тільки для небагатьох, порівняно близьких квазарів, вдалосявиявити скупчення галактик, в яких вони знаходяться.

В даний час відомо і занесено до каталогів понад тисячу квазарів,що і дозволяє виконати їх статистичний аналіз. Перш за все, вдалосяпобудувати "функцію світності" квазарів, тобто їх розподіл по потужностівипромінювання. З неї випливає, що відносна кількість квазарів убуває поміру зростання потужності їх випромінювання. Найважливішим результатом такихстатистичних досліджень є висновок про те, що на більш ранніхетапах еволюції Всесвіту, коли її розміри були в 3-5 разів менше нинішніх,квазарів було набагато більше, ніж зараз. У ту далеку епоху квазарівбуло майже стільки ж, скільки і "нормальних" галактик. Не можна виключитигіпотезу, що тоді всі галактики були квазарами! Цей важливий висновок,однак, потребує для свого підтвердження в нових спостереженнях.

Звертає на себе увагу та обставина, що кількість квазарів,починаючи зі значення червоного зміщення, що перевершує деякий межа
(відповідний збільшення довжини хвилі в 4,5 - 5 разів), різко падає.
Звичайно, не можна виключити чисто інструментальну причину цього явища,однак цілком можливо, що квазари з великими червоними зсувами простовідсутні. Таке відсутність найприродніше пояснити тим, що самев цю епоху розвитку Всесвіту утворювалися шляхом конденсації газугалактики. До цього (тобто при великому червоному зміщенні) ні галактик, ніквазарів просто не було. Такий висновок, звичайно, мав би дуже великезначення для проблеми еволюції Всесвіту, тому що дозволив би уточнитиепоху формування галактик, а отже, і зірок. Потрібні, однак, щенові високоякісні спостереження, щоб його підтвердити.

Вище ми вже говорили про змінності оптичного випромінювання квазарів. Яккрайній прояв такої змінності слід згадати про "спалах" квазара
3С 279. В даний час він спостерігається як злегка мінлива слабказірочка 18-ї величини. Однак на старих фотографіях астрономічнихдовоєнного часу (тобто задовго до відкриття квазарів) цей об'єкт виявивсяістотно більш яскравим - майже 13 величини! Це означає, що він був яскравіше,ніж тепер, у сотню разів! Знаючи з червоного зсуву відстань 3С 279, можназнайти, що під час "спалаху" його світність була майже в сотню разів більше,ніж у 3С 273 і в десять тисяч разів більше, ніж у нашої Галактики! І при цьомурозміри випромінюючої області дуже малі, менше світлового року. УНині квазар 3С 279 вважається найпотужнішим "маяком" Всесвіті. Мибачимо, що розкид значень світимостей метагалактіческіх об'єктівнадзвичайно вели майже такий же, як у зірок!

Велике значення для розуміння природи квазарів мають дослідженнязмінності їх радіовипромінювання, особливо на сантиметровому діапазоні. Прице було показано, що моменти максимуму потоку випромінювання повинні мінятисязакономірним чином зі зміною довжини хвилі. Так само має змінюватися і самхарактер радіоспектру (діаграма на 15 стор, де наведені результатиспостережень спектрів квазарів в різні моменти часу). На підставі теоріїсинхротронного випромінювання можна за відомою частоті, що відповідаємаксимуму радіовипромінювання, і величиною максимального потоку визначитикутові розміри джерел радіовипромінювання, які виявляються порядкутисячних часток секунди дуги. Знаючи (за величиною червоного зсуву)відстані до квазарів, можна тепер знайти лінійні розміри пов'язаних зними компактних радіоістоніков. Встановлено, що їх розміри менше одногосвітлового року, згідно з оцінками, отриманими на основі аналізузмінності потоку.

Досі ми говорили тільки про радіо-і оптичному випромінюванні квазаріві радіогалактик. Між тим, в останнє десятиліття все більшого значеннянабуває дослідження рентгенівського випромінювання цих метагалактіческіхоб'єктів. Вперше рентгенівське випромінювання від позагалактичних об'єкту буловиявлено ще в 1971 р. на першому спеціалізованому рентгенівськомусупутнику "Ухуру", яка заклала основи сучасної рентгенівської астрономії.
Цим об'єктом позначилася один з найближчих радіогалактик NGC 4486. Іншимметагалактіческім рентгенівським джерелом виявилася яскрава сейфертовськихгалактика NGC 4151. Не підлягає сумніву, що випромінює активне ядро цієїгалактики. Незабаром був виявлений слабкий потік рентгенівського випромінювання і відпершого відкритого квазара 3С 273, а також від радіогалактики Лебідь-А. Новийетап у вивченні позагалактичних рентгенівських джерел настав у 1979р., після запуску космічної лабораторії імені Ейнштейна. На ційобсерваторії чутливість приймальні рентгенівської апаратури була в 1000разів вище, ніж на "Ухуру", при дуже гарною кутовий роздільноїздібності. У результаті виявилося можливим здійснити масовевизначення рентгенівського випромінювання великої кількості квазарів, а такожсейфертовських галактик. Крім того, був отриманий великий спостережнаматеріал по рентгенівському випромінюванню скупчень галактик, що представляєособливий інтерес.

Всього було досліджено рентгенівське випромінювання більш ніж 100 квазарів івеликої кількості сейфертовських галактик і скупчень. Практично всіквазари є джерелами рентгенівського випромінювання, потужність якогозмінюється в широких межах, від сотих часток повного випромінювання нашої
Галактики (? 1044 ерг/с) до значень, в тисячі разів перевершують повнупотужність Галактики. Як правило, рентгенівське випромінювання квазарівзмінно; це вказує (як у випадку радіовипромінювання), що воно виникає вмалої області. Наявність потужного рентгенівського випромінювання квазарів і активнихядер галактик свідчить про що відбуваються там грандіозних процесах,пов'язаних з нагріванням газу до температури близько сотні мільйонів градусів.
Очевидно, частина рентгенівського випромінювання не пов'язана з гарячою плазмою, астворюється релятивістськими електронами, що взаємодіють з полем випромінюваннявеликої щільності (явище Комптона). В даний час, комбінуючи тількирентгенівські та оптичні спостереження, вдалося відкрити ряд нових квазарів.
Це наочно демонструє, що "проникаюча" здатність рентгенівськоїастрономії може бути навіть вище, ніж у радіоастрономії.

Знайшлися зниклі''''квазари

Два роки тому група австралійських астроном на чолі з Р. Уебстер
(R. Webster; Мельбурнський університет) прийшла до досить несподіваного висновку:серед всіх існуючих у Всесвіті квазарів близько 80% залишаютьсяневідкритим. Як відомо, квазар - неймовірно потужний точкове джерелорадіовипромінювання; за однією з гіпотез, він представляє собою віддаленуактивну галактику, яка отримує енергію в результаті аккреции речовинина надмасивну чорну дірку, що знаходиться в центрі квазара. Провівшиспостереження кількох сотень квазарів, австралійські вчені виявили, щовипромінювання близько 80% з них надзвичайно сильно зрушено в червону частинуспектру. Астрономи ж, що працюють з оптичними приладами, шукають квазари,як правило, серед блакитних об'єктів. Якщо більшість квазарів - червоні,отже, основна їх маса нам все ще невідома. Однак у березні 1996 р.англійські астрономи С. Серджент (S. Serjent; Імперський коледж у Лондоні) і
С. Ролінгс (S. Rawlings; Оксфордський університет) "заспокоїли" своїх колег,показавши, що квазари, що спостерігалися австралійськими вченими, "нетипові".
Уебстер і її співробітники вважали, що "почервоніння" досліджуваних об'єктіввикликано космічної пилом, яка присутня у будь-який околоквазарной області.
Однак англійські астрономи вказують, що квазари, що спостерігалисяавстралійцями, мають плоским, "сплющеним" радіоспектру. Іншимисловами, спектральна яскравість їх випромінювання в радіодіапазоні з підвищеннямчастоти знижується дуже повільно. А це з?? ітается важливою ознакою такихоб'єктів. Квазари, що вивчали групою Уебстер, сильно випромінюють на високихрадіочастотах - в червоній області оптичного спектру. У такому випадкуспостерігається червоне випромінювання викликається не космічної пилом, а має туж синхротрон природу, що й радіовипромінювання квазарів: зарядженіелектрони випромінюють, рухаючись з релятивістської швидкістю по спіралі вздовжмагнітно-силових ліній. Але при цьому порушується лише плоский спектрго випромінювання, що характерне лише для невеликої групи квазарів.
Таким чином, число "втрачених" астрономами квазарів ніяк не може бутизначним.

Висновок

Нарешті, останнім часом отримані перші дані про гамма-випромінюваннядеяких позагалактичних об'єктів (наприклад, 3С 273, NGC 5128, NGC 4151).
Дослідження в цій важливій галузі тільки починаються.

Діаграма

Список використаної літератури:

1. І. Шкловський''Земля і Всесвіт''. - 1982. - N 4. - С.190 - 195.

2. Nature. 1996. V.379. 6563. P.304 (Великобританія).