Главная / Рефераты / Рефераты по астрономии

Реферат: Квазары

Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323

Содержание:
Загадка сверхзвезд 2
Квазары и радиогалактики 6
Квазары и незвездная материя 12
Литература 15

Загадка сверхзвезд
До недавнего времени в звездной астрономии считалось, что масса звезд не может превосходить массу Солнца более чем в 100 раз. В противном случае звезда окажется неустойчивой и распадется. Однако, Хойл и Фаулер предположили, что временами внутри ядер галактик, вследствие сгущения межзвездного газа, могут возникать «сверхзвезды» с массами, превосходящими солнечную в сотни тысяч и даже сотни миллионов раз. Такие сверхзвезды (ибо подобный объект не является звездой в обычном смысле этого слова), как показывают расчеты, должны постепенно сжиматься, что ведет к выделению огромного количества энергии, по сравнению с которым вспышка обычной сверхновой все равно, что вспышка спички по сравнению со взрывом водородной бомбы. Одна такая вспышка может породить вполне достаточное количество быстрых частиц, чтобы целая галактика стала радиогалактикой
При фотографировании на обычную фотопластинку многие радиогалактики выглядят как слабые звезды. В 1963 г. голландский астрофизик Шмидт, работающий в США, исследовал одну из таких звезд ЗС 48, расположенную в созвездии Треугольника. Он обнаружил, что она находится на расстоянии полутора миллиардов световых лет от Земли и удаляется с колоссальной скоростью, составляющей около одной шестой скорости света.
Вскоре еще один аналогичный объект — ЗС 273, который является своеобразным рекордсменом по количеству излучаемого света, заинтересовал советских астрономов А. С. Шарова и Ю. Н. Ефремова. Они изучили ряд фотографий соответствующего участка звездного неба, выполненных в разное время, и обнаружили, что таинственный объект то и дело менял свою яркость в течение коротких промежутков времени. Аналогичные наблюдения были сделаны и американскими астрономами. Казалось бы, на огромном расстоянии, превосходящем миллиард световых лет, обнаружить отдельную звезду вообще невозможно. Можно наблюдать только большую совокупность звезд—звездную систему—галактику. Однако яркость целой галактики не может испытывать столь быстрых одновременных изменений. Это позволило астрономам сделать заключение, что объект ЗС273 является единым телом — сверхзвездой.
Интересно отметить, что поток электромагнитной энергии, излучаемой этим объектом, в 100 раз превосходит общий поток энергии всей нашей Галактики.
Он составляет около 1047 эрг/сек.
Уже одно это говорит о том, что сверхзвезда не может быть скоплением звезд. Чтобы обеспечить такую мощность излучения, надо было бы сосредоточить в каждом кубическом парсеке 108 звезд. Между тем в среднем на один кубический парсек приходится 1/10 звезды.
Что же касается полной энергии, выделяющейся в момент образования сверхзвезды, то она достигает 1060 эрг. Чтобы выделить такую энергию с помощью ядерных реакций, пришлось бы переработать массу вещества, сравнимую с массой галактики средних размеров.
Интересно отметить, что, вообще говоря, открытие сверхзвезд не было абсолютной неожиданностью. Как мы видели, изучение радиогалактик с необходимостью приводило к выводу о том, что во Вселенной должны существовать какие-то источники энергии, намного превосходящие по своей мощности все, что нам было известно.
В дальнейшем сверхзвезды получили название квазизвездных объектов (т. е. объекты, похожие на звезды, но все же не звезды), или квазаров. В настоящее время обнаружено свыше ста квазаров. Более чем для пятидесяти из них удалось получить оптические спектры, позволяющие достаточно уверенно определить смещение спектральных линий и тем самым измерить ту скорость, с которой загадочные объекты перемещаются в пространстве. Скорости эти оказались чрезвычайно большими (один из квазаров, например, движется со скоростью, достигающей 80% скорости света). Как мы уже знаем, картина расширения нашей области Вселенной такова, что более далекие объекты удаляются с большими скоростями. Это позволяет по величине красного смещения определять расстояние до далеких космических объектов.
Подобным методом удалось выяснить, что квазары находятся от нас на колоссальных расстояниях в несколько миллиардов световых лет. Но это означает, что наблюдая квазары, мы наблюдаем объекты, которые относятся к той самой эпохе, к которой, согласно современным представлениям, относится начальная стадия образования Метагалактики. Уже одно это делает квазары необычайно интересными объектами научного исследования.
Наблюдение за движением и распределением квазаров в пространстве может также дать известные указания на то, какая модель Метагалактики ближе к реальному положению вещей: «неограниченно расширяющаяся» или
«пульсирующая».
Правда, справедливость требует отметить, что существует и другая точка зрения, согласно которой красное смещение в спектрах квазаров объясняется не космологическими причинами (т. е. участием этих объектов в общем расширении Метагалактики), а какими-то другими. Так, например, некоторые исследователи считают, что квазары—это объекты, которые выбрасываются со скоростями, близкими к скорости света (релятивистскими скоростями), из многих центров взрывов, более или менее равномерно распределенных в пространстве. Однако в подобном случае хотя бы некоторые квазары должны были бы к нам приближаться, в результате чего в их спектрах должно было бы наблюдаться не красное, а синее смещение. Однако до сих пор ни одного квазара с синим смещением не обнаружено.
Другие ученые в связи с этим высказывают мысль о том, что квазары были выброшены из ядра нашей собственной галактики и поэтому удаляются от нас в различных направлениях.
Однако трудно представить себе физическую природу таких взрывов, при которых возможно ускорение больших плотных тел до скоростей, сравнимых со скоростью света.
Поэтому большинство астрономов все же придерживается мнения, что квазары—далекие объекты.
В пользу такого предположения говорит и очень интересное исследование, выполненное молодым бюракан-ским астрономом М. Аракеляном. Ему впервые в результате изучения 60 ближайших квазаров удалось показать, что частоты распределения их красных смещений как раз таковы, какими они должны быть при условии, что эти красные смещения связаны с участием квазаров в расширении Метагалактики.
Недавно было сделано еще одно открытие, воспринятое многими астрономами как сенсация. Оно связано с наблюдениями квазара ЗС 297, который, если судить по красному смещению, расположен на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от Земли.
В 1965 г. этот квазар наблюдался как обособленное образование. Однако уже в 1966 г. астрономы обнаружили, что вокруг пего появилась светящаяся туманность, угловые размеры которой составляют около 2 секунд дуги.
Почему же ее не наблюдали раньше? На этот вопрос может быть два ответа: либо вещество туманности выброшено квазаром в самое последнее время, либо оно существовало и раньше, но находилось в тени, а теперь излучение квазара заставило ее светиться.
Как нетрудно сообразить, «цена» каждой секунды дуги, если перевести ее в линейные меры, растет с увеличением расстояния. С другой стороны, процесс расширения или освещения туманности не мог происходить со скоростью, превосходящей скорость света. Отсюда путем несложных подсчетов получается, что квазар ЗС287 должен находиться от нас не дальше чем 100000 световых лет
(т. е. вблизи нашей Галактики или даже внутри нее). Правда, справедливости ради следует отметить, что имеется и другая, довольно фантастическая возможность: предположить, что в дальнем космосе возможны процессы, распространяющиеся со скоростью, большей скорости света.
А может быть, существует и какое-либо третье объяснение? Вероятно, мы узнаем об этом уже в недалеком будущем.
•v Колоссальный интерес для науки, — не только для астрономии, но и для физики,—представляет собой физическая природа самих квазаров. Здесь возникают два основных вопроса: каковы источники сверхмощной энергии квазизвездных объектов и каким образом эта энергия трансформируется в энергию космических лучей и магнитного поля, взаимодействие которых и порождает радиоизлучение?
Согласно первоначальной идее Хойла и Фаулера сверхзвезды образуются в результате сгущения межзвездного газа. Но дело в том, что сжатие очень больших газовых масс, происходящее под действием собственной гравитации, как показал советский академик Я. Б. Зельдович, может при определенных условиях происходить без задержки. Повышение температуры и давления внутренней зоны такого сгустка оказывается недостаточным, чтобы воспрепятствовать дальнейшему сжатию. Происходит так называемый гравитационный коллапс—неудержимое сжатие всей массы газа. Любопытно, что масса вещества, принимающего участие в гравитационном коллапсе, должна составлять 107—108 солнечных масс.
Таким образом, источник колоссальной энергии квазаров как будто бы ясен.
Это—сжатие. Но какими путями энергия сжатия переходит в другие виды энергии? В этом и состоит одна из главных загадок сверхзвезд.
С другой стороны, если выделение энергии сверхзвезд осуществляется за счет коллапса, то, как показывают расчеты, излучение света сверхзвездами будет происходить лишь в течение очень короткого времени. Вскоре силы тяготения сжавшегося вещества сделаются настолько мощными, что перестанут выпускать световые лучи. Между тем квазары, обнаруженные астрономами, излучают на наших глазах свет в течение длительного времени.
В связи с этим высказывается предположение, что со временем коллапс может смениться антиколлапсом,т.е. катастрофическим расширением, и что именно эту стадию в жизни квазаров мы и наблюдаем.
Другие астрономы считают, что у квазаров имеются особые источники энергии, о которых мы пока еще просто не можем судить из-за трудности наблюдений и недостаточности имеющихся данных.
Но как бы там ни было, открытие квазаров—бесспорно, одно из самых замечательных достижений астрономии начала второй половины двадцатого столетия, которое может привести к пересмотру многих привычных представлений. Во всяком случае, построить удовлетворительную теоретическую картину этого явления, оставаясь в рамках современных физических теорий, до сих пор не удается. Разумеется, это вовсе не означает, что встретившись с каким-либо непонятным явлением, следует немедленно отказаться от попыток объяснить его с точки зрения уже известных представлений. Но, с другой стороны, нельзя забывать и о том, что всякая довая теория берет свое начало именно с таких фактов, которые не укладываются в рамки прежних представлений.
Поскольку выяснение физической природы квазаров наталкивается на существенные трудности, мы вправе уже сейчас задуматься над вопросом: а что, если такого объяснения в рамках современных представлении получить не удастся? Очевидно, это будет означать, что переход энергии сжатия в энергию электромагнитного излучения в квазарах совершается какими-то еще не известными нам путями либо наши представления о самой природе квазаров и источниках их собственной энергии не вполне соответствуют действительности.
Только дальнейшие астрономические исследования могут разрешить эту проблему.
Во всяком случае, не исключена возможность того, что обнаружение квазаров относится к числу такого рода фактов, которыми открываются новые страницы истории науки.
Квазары и радиогалактики
Прежде всего необходимо установить, являются ли квазары самостоятельными, обособленными объектами или они связаны с процессами, протекающими в так называемых галактических ядрах, т. е. центральных сгущениях вещества, имеющихся в целом ряде звездных островов Вселенной. Чтобы решить эту задачу, нужно самым тщательнейшим образом проанализировать существующие в настоящее время данные астрономических и радиоастрономических наблюдений с тем, чтобы постараться выяснить физическую сущность процессов, происходящих в квазизвездных объектах.
Не так давно было обнаружено, что один из первых открытых астрономами квазаров, ЗС 273, обладает довольно сильным инфракрасным излучением.
Согласно подсчетам Шкловского мощность этого излучения примерно в 100 раз превосходит мощность светового излучения ЗС273. Анализируя данные наблюдений, ученый пришел к выводу, что источник инфракрасного излучения совпадает с оптическим ядром квазара. Это наводит на мысль, что инфракрасное и оптическое излучения ЗС 273 имеют общую природу.
Как уже упоминалось выше, мощность, которая генерируется у ЗС 273 в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах, чрезвычайно велика, а размеры центрального ядра весьма незначительны. Но это означает, что исключительно велика и плотность излучения. При такой плотности должно иметь место особое явление, называемое обратным эффектом Комптона. Оно состоит в том, что фотоны невидимых электромагнитных излучений, взаимодействуя с электронами, движущимися со скоростями, близкими к скорости света (релятивистские электроны), рассеиваются с изменением длины волны. В результате получается электромагнитное излучение в оптическом диапазоне. Таким образом, согласно выводам Шкловского инфракрасное и оптическое излучения квазара ЗС273 тесно связаны между cобой.
Подобное заключение позволяет сделать одно любопытное предсказание. Дело в том, что согласно наблюдениям оптическое излучение ЗС 273 носит переменный характер. Но если оптическое излучение порождается более длинноволновым, невидимым инфракрасным излучением, то это последнее, очевидно, также должно быть переменным. Дальнейшие наблюдения покажут, справедливо ли подобное предсказание.
Анализ электромагнитного излучения квазаров позволяет установить явную аналогию между этими удивительными объектами и ядрами галактик, находящихся в активном состоянии—так называемых сейфертовских галактик. Ядра таких галактик имеют весьма малые размеры, сравнимые с размерами квазизвездных объектов, и подобно им обладают чрезвычайно мощным электромагнитным излучением. Правда, это излучение главным образом сосредоточено в инфракрасном диапазоне, но точно такое же явление, как мы уже видели, наблюдается и у типичного квазара ЗС 273. Это дает все основания предполагать, что в ядрах сейфертовских галактик, например, галактики NGC
1275, находятся «невидимые квазары».
Астрономические наблюдения показывают, что ядра сейфертовских галактик содержат большое количество возбужденного и ионизованного газа, т. е. такого газа, частицы которого потеряли часть своих электронов и приобрели благодаря этому электрический заряд. Но какова причина подобной ионизации, что ее вызывает? Эта проблема, весьма важная для понимания физических явлений, происходящих в радиогалактиках, до недавнего времени была довольно далека от своего решения. Однако наличие квазаров в ядрах сейфертовских галактик проливает определенный свет на этот вопрос.
Как мы уже знаем, благодаря высокой плотности излучения квазаров в них действует обратный комптон-эффект. Подсчеты, проведенные Шкловским для галактики NGC 1275, показывают, что в результате рассеяния инфракрасных и субмиллиметровых фотонов здесь должно возникать весьма мощное рентгеновское излучение. Этого жесткого излучения вполне достаточно для ионизации газов в ядре любой сейфертовской галактики. Можно предполагать, что аналогичные явления должны иметь место также и в ядрах других сейфертовских галактик, например NGC 1068, NGC7469 и NGC 3227. В связи с этим, по мнению
Шкловского, было бы интересно попытаться обнаружить излучение их ядер в диапазоне 8 и 4 мм.
Всесторонний анализ материалов, имеющихся в распоряжении современной оптической и радиоастрономии, по мнению Шкловского, позволяет сделать вывод, что квазары и ядра сейфертовских галактик представляют собой сходное явление. Во всяком случае, физическая природа этих объектов одинакова, а отличия сводятся к масштабам происходящих процессов. Не исключена также возможность, что эти объекты находятся в разных фазах своей эволюции.
Какова же физическая сущность активности галак-тических ядер? Вероятно, в таких ядрах происходят взрывы, которые сопровождаются сильными выбросами больших газовых масс. Мощность подобного взрыва для различных галактик может изменяться в довольно широких пределах. Но, видимо, явление, о котором идет речь, должно происходить в любой галактике на определенной стадии ее эволюции. В частности, вполне возможно, что в свое время наша
Галактика, так же как и другие подобные ей гигантские спиральные звездные острова, переживала стадию активности ядра и относилась, таким образом, к классу сейфертовских галактик.
О явном сходстве квазаров с явлениями, происходящими в ядрах некоторых галактик, говорят и результаты исследований бюраканского астронома Б. Е.
Мар-каряна. Еще в 1963 г. он опубликовал интересную работу, посвященную изучению особого класса галактик. Эти звездные системы обладают ядрами, которые значительно голубее, чем ядра большинства других галактик, имеющих такую же форму.
Маркарян пришел к выводу, что голубые ядра исследованных им галактик отличаются также аномально сильным излучением в ультрафиолетовой части спектра.
Чем же можно объяснить необычные характер излучения и цвет центральных областей таких галактик? На этот вопрос может быть два ответа: либо эти звездные системы обладают необычным звездным составом либо в их ядрах происходят необычные процессы. Очевидно, и в том и в другом случаях подобные звездные системы заслуживают особенно пристального внимания.
В первой работе Маркаряна было исследовано 40 аномальных галактик. Однако чтобы получить возможность сделать какие-либо выводы, следовало не только расширить этот список, но попытаться выяснить, нет ли подобных галактик в отдаленных областях пространства.
С этой целью в Бюраканской обсерватории был начат систематический обзор неба с помощью метрового рефлектора, снабженного специальными призмами для изучения спектров слабых космических объектов. Первая серия наблюдения охватила области созвездий Большем Медведицы и Жирафа и район северного полюса нашей Галактики. В результате помимо аномальных «ультрафиолетовых» галактик, входивших в прежний список, было обнаружено еще 70 объектов подобного типа. И вообще, статистические подсчеты показывают, что галактики с необычным ультрафиолетовым излучением составляют, по-видимому, не менее
5% от общего числа всех галактик.
Любопытно, что у многих «ультрафиолетовых» галактик наблюдаются слабые оболочки или короны, отростки или небольшие хвосты, а иногда и слабые голубые спутники. Подобные придатки, видимо, могли возникнуть в результате выброса вещества из ядер таких звездных систем. Это говорит о том, что значительная часть «ультрафиолетовых» галактик в настоящее время переживает последующую за выбросом эпоху, как говорят астрономы, послеэруптивную стадию.
Наибольший интерес представляет вопрос о происхождении аномального ультра4)иолетового излучения. Хотя окончательный ответ на него может быть получен лишь в результате всестороннего тщательного изучения необычных звездных систем, уже и на основании имеющихся данных можно сделать некоторые предварительные выводы.
Оказалось, что все «ультрафиолетовые» галактики по характеру их спектров можно разделить на две группы. У галактик одной группы спектры похожи, на спектры некоторых звезд и квазаров, у галактик другой—на спектры ярких ассоциаций.
Анализ спектров показывает, что ультрафиолетовое излучение ядер галактик второй группы может иметь чисто звездное происхождение.
Что же касается ядер первой группы, то их излучение также в какой-то степени напоминает комбинацию излучения звезд определенных типов, а именно, голубых и красных гигантов. Однако весьма трудно предположить, что такие образования, как галактические ядра, могут состоять из этих двух типов звезд, представляющих противоположные этапы звездной эволюции.
В связи с этим Б. Е. Маркарян пришел к заключению, что ультрафиолетовое излучение ядер этого типа имеет незвездное происхождение. Другими словами, подтверждается гипотеза академика Амбарцумяна о наличии в ядрах некоторых галактик активных тел незвездной природы.
Подобный вывод хорошо согласуется с результатами радионаблюдений галактик
Маркаряна, которые были проведены бюраканским астрономом Г. Товмасяном с помощью больших австралийских телескопов. Удалось установить два весьма любопытных факта. Во-первых, оказалось, что радиоизлучение ультрафиолетовых галактик заметно превосходит радиоизлучение обычных звездных островов. Во- вторых, что это радиоизлучение исходит главным образом из их центральных областей.
Но из центральных областей галактик Маркаряна исходит и необычное ультрафиолетовое излучение. Это дает основание предполагать, что и то и другое излучения непосредственно связаны с какими-то процессами, протекающими внутри ядер.
Видимо, такие процессы представляют собой одну из форм активной деятельности ядер, характерную для определенной стадии эволюции галактик, форму внешне менее заметную, но.более распространенную, чем взрывы, выбросы и деление ядер.
Возможно, что именно эта форма деятельности приводит к образованию в галактиках спиральных рукавов.
В свете полученных данных особенно большой интерес. приобретает сход...

ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!

Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:

Простая ссылка на эту работу:

Ссылка для размещения на форуме:

HTML-гиперссылка:

Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 1171

Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21

При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная!