№ 17/17

Время прощаться с квазарами

Некоторые открытия впору назвать «закрытиями». Одно из последних событий в астрономии к таковым и относится. В течение десятилетий астрономы изучали квазары, и вот объект их научной страсти исчез. Растаяли, словно мыльные пузыри, радиогалактики. Развеялись, как дым, сейфертовские галактики. И даже блазары канули в млечную космическую Лету…

Что же случилось на небесах?

Млечный Путь глазами иногалактянина

Большинство галактик не слишком ярки. Они напоминают наш Млечный Путь. Впрочем, около 10 процентов галактик светятся в десятки, а, может быть, в тысячи раз ярче «обычных» галактик, поэтому их называют «активными». Есть настоящие «монстры»: их можно разглядеть в телескоп с расстояния в миллиарды световых лет.

За последние шестьдесят лет астрономы обнаружили целый «зверинец» так называемых галактик с активными ядрами. Количество их типов перевалило за десяток. Однако их природа оставалась загадкой для ученых.

Еще в 1989 году астроном Петер Бартел из Гронингенского университета заметил в их разнообразии сходные черты. Внезапно его осенило: быть может, за этими разными объектами скрываются одни и те же галактики, увиденные с разных сторон. Ведь и наш Млечный Путь кому-то из наблюдателей, живущих в другой галактике, кажется плоской полоской, а кому-то — огромным, взвихренным кругом.

Так родилась универсальная модель активных галактик. Она сводит их разнообразие к строго определенной схеме. В центре любой галактики расположена черная дыра. Ее масса может достигать миллиарда солнечных масс. Она притягивает к себе газ из окружающего ее пространства. Вокруг нее образуется огромный газопылевой диск. Он обращается возле черной дыры, постепенно разогреваясь. Из-за трения поток вещества теряет свою кинетическую энергию, изливаясь в недра черной дыры. Вблизи от нее облако газа и пыли раскаляется до многих миллионов градусов. Оно испускает мощное излучение в оптическом, рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах. До тридцати процентов поглощаемой материи преобразуется в энергию.

Ученым пока еще не вполне ясен механизм зарождения подобных черных дыр. Возможно, их зародыши появились уже в первые доли секунды после Большого Взрыва. Быть может, галактики с самого начала формировались вокруг этих неоднородностей. По другой гипотезе, — ее предложил Джереми Острайкер из Принстонского университета, — черные дыры возникли в первые сто миллионов лет из случайных колебаний плотности в первородном газе. К образованию сверхмассивных черных дыр мог привести коллапс крупных звездных скоплений, возникших посреди галактик. Кроме того, в центре галактик собираются огромные газовые массы. Модельный расчет, который проделали Мартин Рис и его коллеги из Кембриджского университета, показал, что при определенной плотности газа его скопления склонны к коллапсу. «Этот процесс длится около миллиарда лет, — отметил Мартин Рис, — то есть достаточно быстро, чтобы объяснить появление самых дальних и, значит, самых старых квазаров».

Вокруг черной дыры создается мощное магнитное поле. Под действием поля заряженные частицы (электроны) выбрасываются в виде двух огромных струй (джетов), направленных в противоположные стороны. Эти струи перпендикулярны плоскости галактического диска; электроны движутся внутри них почти со световой скоростью.

Важнейшую роль в этой модели играет плотный пылевой диск. Он начинается всего в нескольких световых годах от центра галактики и простирается на многие десятки световых лет. Диск содержит столько пыли, что скрывает пылающую внутри него галактику, если наблюдатель находится сбоку от нее.

Известные нам типы активных галактик разнятся именно своим положением относительно Земли, а не структурой. Мы подобны слепцам, застывшим перед стадом слонов и находящим на ощупь то хоботы, то хвостики, то бивни, то необозримые, шершавые бока, думая, что так разнообразны животные, приведенные к нам. Всякий раз виной нашим заблуждениям — лишь особый аспект.

Если мы глядим на галактику сверху вниз, то видим струю частиц (джет). В этом случае мы напоминаем путника, застигнутого беззвездной ночью в степи; лишь вдали светится огонек, зажженный на хуторе. Если вернуться к нашим галактикам, то мы наблюдаем «блазар». Яркость его меняется, потому что разнится количество выбрасываемых заряженных частиц.

Если мы смотрим на галактику сбоку, то улавливаем в основном радиоизлучение, исходящее от нее. Тогда нам кажется, что мы наблюдаем радиогалактику или квазар. Если ее центральная часть полностью затянута пылевым диском, это — радиогалактика. Если сквозь слой пыли проникает свет, это — квазар.

Это мнение, кстати, вызывало резкое неприятие других ученых. Мало кто верил, что квазар, пылающий ярче тысячи галактик, может полностью скрыться из виду под слоем пыли, превратившись в радиогалактику.

Многим модель Бартела казалась слишком упрощенной. Ведь в ней не учтена эволюция галактик, не принимаются во внимание размеры черных дыр и потоков заряженных частиц.

Окно в слое пыли

Правоту гипотезы можно было доказать лишь одним способом: найти что-то общее у этих галактик, что выдавало бы их неоспоримое сходство.

Вскоре появилась догадка: когда пылевой диск поглощает свет, испускаемый галактикой, его пылинки разогреваются и, в свою очередь, излучают в инфракрасном диапазоне. Чем больше длина волны этого излучения, тем легче оно проникает сквозь пылевой диск. Если длина волны превышает 20 микрометров, то самый плотный диск прозрачен для инфракрасного излучения. Оно равномерно распространяется во всех направлениях. Иными словами, в этой части диапазона все квазары и радиогалактики должны выглядеть одинаково. Если теория Бартела верна, то мы не сумеем их различить, под каким бы углом зрения ни наблюдали.

Еще в начале 1990-х годов в первый раз попытались проверить эту гипотезу с помощью инфракрасного спутника IRAS. Однако сделать это удалось лишь в 2001 году. Аппаратура, используемая на Европейской инфракрасной обсерватории ISO, позволила вести наблюдение именно в диапазоне, интересовавшем ученых.

Объектами наблюдения стали десять пар квазаров и радиогалактик. Их выбор был не случаен. В каждой паре радиогалактика и квазар находились на одном расстоянии; их излучение в радиодиапазоне было одинаково мощным. Судя по этому показателю, оба объекта, составивших пары, были одного и того же возраста.

Эти наблюдения впервые показали, что в каждой из пар радиогалактику в инфракрасном диапазоне нельзя было отличить от квазара, как и предсказывал Петер Бартел. Судя по уровню излучения, температура пыли, окутавшей галактику, колебалась от нескольких десятков до нескольких сотен кельвинов. В инфракрасном диапазоне подобные галактики излучали почти в тысячу раз больше энергии, чем Млечный Путь.

Дальнейшие наблюдения почти за 60 сейфертовскими галактиками обоих типов, проделанные обсерваторией ISO, показали, что по своему строению они тоже мало чем отличаются от квазаров. Они лишь излучают куда меньше энергии. Причиной тому, как показали расчеты, различная «прожорливость» черной дыры. У квазаров она поглощает каждый год до тысячи солнечных масс материи; у сейфертовских галактик — всего 10 процентов солнечной массы.

Выявились и другие интересные факты: например, чем дальше находились квазары и радиогалактики, тем ярче они излучали в инфракрасном диапазоне.

Это легко объяснить. Заглядывая в отдаленные области Вселенной, мы заглядываем в ее далекое прошлое. Тогда Вселенная была меньше, и потому галактики чаще сталкивались. После этих катастроф материя устремлялась к центру галактики, обрушиваясь в черную дыру. Поэтому ядро галактики излучало больше энергии, а пылевой диск, окружавший его, сильнее нагревался.

По мере расширения Вселенной эти столкновения случались все реже. Активность черных дыр шла на убыль, и пылевой «кожух», скрывший от нас галактику, остывал.

Жан Клавель и Бернхард Шульц из Центра обработки данных ISO, расположенного в испанской Вильяфранке, впервые проделали спектральный анализ инфракрасного излучения квазаров. В их спектре они заметили полициклические ароматические углеводороды. Эти крупные молекулы возникают лишь в очень запыленных областях космоса. Таким образом, они маркируют пылевые диски в активных галактиках.

Теперь все больше астрономов убеждены, что «единая модель галактик в принципе верна». Однако вопросы все же остаются. Так, непонятно, почему одни активные галактики выбрасывают потоки заряженных частиц, а другие нет. Известно также, что многие активные галактики содержат куда больше звезд, чем Млечный Путь. Связано ли это с их активностью? Наконец, какую роль в эволюции галактик играют черные дыры? Быть может, галактики зарождаются лишь вокруг черных дыр?

Возможно, в ближайшие годы мы получим ответы. В 2002 или 2003 году заработает инфракрасный интерферометр Very Large Telescope Европейской южной обсерватории на горе Параналь в Чили. Предположительно в 2007 году будет запущен новый Европейский инфракрасный космический телескоп имени Гершеля.

Наиболее известные галактики с активными ядрами

Сейфертовские галактики. Названы так по имени американского астронома Карла Сейферта, открывшего их в 1943 году. Это — спиральные галактики с активными ядрами. Яркость их ядер выше, чем всего Млечного Пути. Вокруг центральной части этих галактик обращаются потоки раскаленного, светящегося газа, развивая скорость до нескольких тысяч километров в секунду. Сейчас насчитывают тысячи подобных галактик.

Радиогалактики. Их открыл в сороковые годы американский инженер Гроут Ребер. С помощью первого в истории радиотелескопа он зарегистрировал странные сигналы, исходящие из созвездия Лебедя. Впрочем, подлинную природу этой радиогалактики под названием Cygnus A удалось понять лишь много лет спустя. Из ее центральной части выбрасываются два противоположно направленных потока заряженных частиц. На расстоянии 650 тысяч световых лет от галактического ядра образуются огромные газовые пузыри. Отсюда исходит наблюдаемое радиоизлучение. У подобных галактик оно в тысячи и даже в десятки тысяч раз выше, чем у Млечного Пути. Сейчас астрономам известны также радиогалактики, достигающие в поперечнике миллиона световых лет.

Квазары. Это самые энергетичные объекты Вселенной. Их открыл в шестидесятые годы нидерландский астроном Маартен Шмидт, работавший в то время в Маунт-Паломарской обсерватории. Сегодня мы знаем, что квазары — это точечные, квазизвездные объекты, излучающие неимоверное количество энергии. Так, объект размером с Солнечную систему может излучать энергии в 10 тысяч раз больше, чем Млечный Путь. Одни квазары интенсивно излучают в радиодиапазоне, другие — нет, но оба типа квазаров почти одинаково ярко излучают в оптическом диапазоне.

Блазары. В телескоп они выглядят почти так же, как звезды, но очень интенсивно излучают в радиодиапазоне. Отличаются от квазаров тем, что их яркость в течение суток, а то и нескольких часов может разительно меняться.

Александр Волков

Научный взгляд

  • Звездные карты галактики «Человечество»
    В генетическом плане человеческий вид — континуум, где между расами нет четких границ. Границ нет, но континуум неоднороден, в нем наблюдаются «сгущения родства»: популяции, типы, расы, стволы.
  • Игра в жизнь, или Не сотвори себе микроба
    Кого же призовут к жизни создатели генетического алфавита? Возможно, на свет появятся организмы, готовые питаться радиоактивными отходами, словно травой на лугах. Другие микробы примутся расщеплять молекулы воды, изготавливая водород — источник энергии будущего.
  • Еще один важный шаг
    Израильские исследователи идентифицировали ген, ответственный за одну из неизлечимых наследственных болезней. В сущности, во всем мире ею страдают лишь несколько тысяч человек, однако это открытие явилось еще одним важным шагом на пути постижения генетики человека
  • Немецкие ученые утверждают: теория относительности Эйнштейна лжива!
    Большинство людей убеждены в том, что Альберт Эйнштейн был одним из величайших гениев в истории человечества, а его частная теория относительности явилась одним из крупнейших достижений науки. Неужели теперь всем нам впору «сжечь все, чему мы поклонялись»?
  • Прав ли Эйнштейн?
    Вряд ли какое-нибудь из научных свершений ХХ века можно сравнить по масштабам воздействия не только на ученый мир, но и на «широкие народные массы», с теорией относительности Эйнштейна.
  • Ревизия биологических вех
    Как известно, в ходе биологической эволюции на Земле то и дело происходили перерывы, когда в результате той или иной (климатической, геологической, космической и т.п.) катастрофы погибали многие прежние виды, а освободившиеся жизненные ниши захватывали новые
  • Поведение клетки, слезающей с ветки
    Одна из великих загадок биологии — сложные целенаправленные движения клеток. Клетки путешествуют, изменяют форму, охотятся — порой ведут себя, как «разумные» существа.
  • Давайте подождем, доктор Антинори!
    Доктор Джонатан Хилл из Корнельского университета, который занимается клонированием крупного рогатого скота, говорит, что примерно треть подсаженных в матку эмбрионов отторгается уже на первом месяце.
  • Вечная молодость мозга
    Разумеется, ученые нашли объяснение, почему у ящериц и других примитивных созданий мозг всю жизнь прирастает нейронами, а мы этого прибытка лишены. Каждый наш нейрон со всеми его связями, материализующими опыт, неповторим.
  • Кто бы мог подумать?
    Американские ученые вот уже который год подряд привязывают к серьезной и торжественной стокгольмской процедуре вручения высочайших научных наград свою насмешливую и веселую затею вручения «Иг-Нобелевских» знаков отличия за самые смешные исследования и бесполезные открытия года.
  • Космический мирок микробов
    С помощью генетических манипуляций можно заранее, еще при подготовке к полету, изменить ДНК этих микроорганизмов, приспособив их к марсианскому образу жизни. Со временем, когда климат на Марсе удастся изменить, а бактерии взрыхлят его почву и насытят ее питательными веществами, можно будет выселять на Марс высшие растения.
  • Зеркальные нейроны
    Тот факт, что зеркальные нейроны именно «повторяли» наблюдаемое действие, а не просто возбуждались при его наблюдении, подтвердился, когда экспериментаторы поощряли обезьян проделать то же действие своими руками.
  • «Make love, not war»
    «Наивысшей точкой их интеллектуальной жизни является умение решать конфликты и чуткость в отношениях с близкими».
  • Мы не обезьяны. И обезьяны — не мы
    Человек — венец природы. Это принимается «for granted» и приятно щекочет наше человечье самолюбие. Хотя у тех из нас, кто имеет склонность к сомнениям и самоанализу, нередко возникает вопрос: не льстим ли мы себе?
  • Феномен Пригожина
    Фундаментальные характеристики мироздания, утверждает он — нестабильность, неравновесность, нелинейность, ни к чему простому не сводимая сложность.
  • И все-таки — Африка!
    В давнем и яростном споре «африканистов» и «мультирегионалистов» произошло очередное важное событие.
  • О предках, потомках и друзьях человека
    Рыцарские замки нашей фантазии украшены залами, где взорам гостей предстают блистательные портреты хозяев, а по обе стороны от них тянутся ряды предков, поражающие проблесками фамильного сходства, но уводящие к портретам совсем незнакомым
  • Наши кремниевые коллеги
    А в одном английском университете города Абериствит пошли еще дальше и объявили о создании первого робота-микробиолога. Робот осуществляет эксперименты, разработанные программой ASE-Progol на компьютере в Йоркском университете.
  • Апокалипсиса не будет?
    На Западе защитники окружающей среды и антиглобалисты своими поступками часто напоминают тени знакомого прошлого — русских социалистов ХIХ века. Живя в благополучном обществе, они всячески расшатывают его из сочувствия к «падшим и угнетенным».
  • Как человек сам себя сотворил
    Современный человек — создание во всех отношениях необычное. Оказывается, еще и тем, что генетические различия между всеми людьми Земли ничтожны. Чего не скажешь о внешности — наверное, нет в природе еще одного такого же пестрого вида! Что же сделало возможным такое разнообразие?
  • Химия и жизнь: опасные связи
    В древности основным материалом было дерево; еще и сейчас запах деревянного дома кажется нам «удивительно здоровым». Теперь мы выбираем пластик, прессованные плиты, лаки и краски с их неповторимо резким запахом и надписью на этикетке: «Следует избегать попадания в пищу». А в дыхательные пути?
  • Могущественная крупица
    В известном смысле можно сказать, что гомеопатия лечит ядами, однако берутся они в таких микродозах, что само вещество уже почти не присутствует в растворе. На уровне десятого — двенадцатого разведения исходная субстанция практически отсутствует.
  • Запишите на ваши водофоны!
    Вода не похожа на другие жидкости. Возможно, она обладает памятью! Быть может, в таинственных свойствах воды коренится загадка гомеопатии?
  • Между чумой и эболой
    Болезнь, вызвавшая Черную смерть, бушевала в Европе в течение 300 лет, до 1666 года. За это время вспышки болезни наблюдались в самых отдаленных местах континента почти каждый год.
  • Возбудить ось сверхсознания
    Внушение, зомбирование, программирование поведения требуют измененных состояний сознания. Одна из дверей, ведущих туда, — психоактивные вещества, наркотические снадобья. Но далеко не единственная.
  • Конец прекрасной эпохи?
    Фундаментальная загадка, о которой упоминалось вначале, связана с движением галактик. Эти огромные звездные скопления демонстрируют явные отклонения от законов движения Ньютона.
  • Петербургский десант
    Семиотика — наука о знаках и знаковых системах — давно стала для гуманитарных наук «всем», она помогает навести порядок в изобилии фактов и фактиков.
  • Зигфрид и лесные врачи
    Изучение животных долго сводилось к их изгнанию из естественной среды обитания и последующему наблюдению за ними в неволе. Когда же ученые вошли в глубь леса, в племя обезьян, им предстала чужая — нечеловеческая — культура.
  • Чем человек отличается от обезьяны
    Чем генетически отличается человек от обезьяны и как это отличие возникло — скачком, благодаря нескольким считанным и резким мутациям, или постепенно, посредством накопления многочисленных мелких мутационных изменений?
  • Вторая жизнь генома: от структуры к функции
    Уотсон и Крик в апрельском номере журнала «Nature» за 1953 год сообщили о трехмерной структуре ДНК. Это было официальным началом современной молекулярной биологии, ее мощным стартом.
  • Большой климатический спор
    Вечна ли вечная мерзлота? В чем особенность вечномерзлых пород? Она заключается в том, что из-за наличия в них льда характер грунтов резко меняется при изменении температуры.
  • Новая напасть
    Со времени отказа США участвовать в «Киотском протоколе» — международном договоре о сокращении количества «тепличных» газов, выбрасываемых в атмосферу, — борьба вокруг вопроса о возможных последствиях такого выброса стала еще острее, чем прежде.
  • Селектроны, струны и симметрия
    Когда сложность и запутанность физической картины мироздания стали нетерпимыми, ученые ХХ века предприняли беспрецедентные попытки ее упорядочивания.
  • Левый-правый мозг
    В отличие от краба, человек предпочитает работать не клешнями, а мозгом — который и приобретает у нас наибольшую асимметрию. Причем она неодинакова у разных отделов мозга — и тем выше, чем более «человеческую» функцию этот отдел выполняет.
  • Опасности года 2020
    Какое же будущее ждет нас, обреченных болеть и в 2020 году? Его попытались очертить Кристофер Мюррей из Гарвардского университета и Алан Лопес, представитель Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).
  • Филлотаксис – это расположение листьев
    Филлотаксис — это по-латыни. А по-русски — расположение листьев. Вроде, что тут сложного? Ан, нет. Интерес к этому отнюдь не случаен. Он вызван прежде всего тем, что повторяющиеся элементы создают симметричные структуры — паттерны, а в них совершенно четко прослеживаются числовые закономерности.
  • Миры в столкновениях, века в хаосе
    На что же замахивался Великовский своей теорией столкновений? В 1955 году он опубликовал свою третью книгу — «Земля в конвульсиях», — в которой развернуто изложил свои общенаучные взгляды.
  • Обесславленные науки возвращаются в новом обличье
    Френология, или наука о черепах была создана кипуче талантливым человеком, двоюродным братом Дарвина Франсисом Гальтоном. Он утверждал, что все наши качества поддаются количественному описанию, и разъезжал по всей Англии, измеряя людям черепа.
  • Игры всерьез и понарошку на поле любви и секса
    Вообще-то это не удивительно: размножение, продолжение рода — главное, ради чего природа производит нас на свет. Удивительно другое: как ярко и с каким разнообразием игровое начало проявляет себя на поле любви и секса.
  • Пришел, пометил, победил. Вокруг да около секса
    Всего важнее репродуктивное поведение, обеспечивающее виду само существование. Оно отнюдь не ограничивается сексом. Нужны еще три компонента: поиск брачного партнера, ухаживание и забота о потомстве. Как они выглядят у человека?
  • В постели с человеком
    Вопреки известной пословице, далеко не все, что естественно, не безобразно. Например, секс — несмотря на явный потенциал удовольствия, он считается весьма и весьма «безобразным». Почему? Поищем ответ в недрах эволюции культуры и поведения.
  • Запах теплых отношений
    Особые вещества — одоранты — вызывают различные эмоции, от ярости до наслаждения, а феромоны могут даже управлять работой организма, влияя на тонус нервной системы, баланс гормонов, циклические процессы.
  • Этос — значит «дикий нрав»
    Сегодня этологией называют любые исследования поведения. Похоже, споры между разными направлениями в этой области становятся достоянием истории. Но так было не всегда.
  • Кратчайшая история космоса
    В предельно кратком изложении они сводятся к утверждению, что существует бесконечное множество бесконечных во времени «малых вселенных», подобных той, в которой живем мы сами.
  • Сражаться или спариваться —вот в чем вопрос!
    Если не поступает иной команды, самцы мыши готовы спариваться с кем угодно — с самкой, с другим самцом и даже с самцом-кастратом, в точном соответствии с призывом: «Make love, not war».
  • Картинки мироздания из коллекции палеонтолога
    Что же касается концепции стабилизирующего отбора, то сегодня у подавляющего большинства биологов представление о ней весьма смутное. А уж в учебниках — просто уголовное безобразие: там пишут ровно противоположное тому, что говорил Шмальгаузен.
  • Запрет на клонирование Христа?
    Некая дама спросила у известного физика начала прошлого века, в чем ценность сделанного незадолго до того открытия. На что тот ответил вопросом на вопрос: а в чем ценность рожденного младенца? Никто не может знать, кто вырастет из мальчика, который «маленький с кудрявой головой»…
  • Земной шар: грядет время игр
    Время не милосердно ни к людям, ни к планетам. Через шесть миллиардов лет Солнце превратится в «красного гиганта». Его диаметр неимоверно увеличится. Край Солнца будет почти задевать Землю. Наша планета покроется тягучим, раскаленным месивом. Все на ней будет выжжено дотла. Таким окажется финал земной цивилизации.
  • Берегите голову
    Мозг - это десятки миллиардов нейронов, каждый из которых связан с другими 10-20 тысячами связей, В секунду в мозгу возникает 200 тысяч сигналов. То есть это такая система, которую, наверное, никогда нельзя будет воспроизвести, и все разговоры об искусственном интеллекте носят спекулятивный характер.