Загадки космоса (строение звездного мира)

СЮРПРИЗЫ ВСЕЛЕННОЙ – СВЕРХЗВЕЗДЫ [1]

[1 В газете «Известия» 13 июля 1963 г. в разделе «Ученые отвечают читателям» опубликована статья проф. И. Шкловского «Сюрпризы Вселенной – сверхзвезды». В брошюру проф. К. Ф. Огородникова «Загадки космоса» она включена издательством и печатается с некоторыми сокращениями.]

Уже не раз радиоастрономия раскрывала людям тайны Вселенной. Какие загадки взяла сегодня на прицел эта наука? Центральной проблемой радиоастрономических исследований в последние годы была и остается проблема радиогалактик. Открытые свыше 10 лет назад радиогалактики представляют собой гигантские звездные системы, исключительно сильно излучающие в радиодиапазоне. Причина такого необычайно мощного радиоизлучения некоторых галактик – в образовании там огромного количества космических лучей. Но что же это за процессы, в результате которых образуются космические лучи, чья суммарная энергия сравнима со всеми «энергетическими ресурсами» гигантских звездных систем?

Лег десять назад большинство ученых считало, что радиогалактики образуются в результате гигантских космических катастроф – столкновений галактик. Однако сейчас уже бесспорно доказано, что причина образования огромного количества космических лучей в некоторых галактиках – некие исключительно мощные процессы, происходящие в центральных областях этих галактик, называемых «галактическими ядрами». Эти процессы протекают очень быстро (разумеется, по космическим масштабам). Недавно советским ученым Н. С. Кардашеву и другим удалось показать, что космические лучи в радиогалактике «Лебедь-А» образовались всего лишь несколько сот тысяч лет тому назад, между тем как средний возраст галактик исчисляется многими миллиардами лет. Следовательно, данная галактика – мощный источник радиоизлучения лишь на сравнительно короткое время. Впрочем, возможно, что такие «вспышки» повторяются.

Установлено, что у большинства радиогалактик облака космических лучей находятся довольно далеко за пределами соответствующих звездных систем. Обычно наблюдаются два облака, расположенных симметрично по обе стороны от галактики на расстояниях порядка сотни тысяч световых лет от ее ядра. Это означает, что мы наблюдаем последствия гигантского процесса, который произошел в ядре галактики несколько сот тысяч лет назад.

Но должны же быть и такие радиогалактики, у которых образование большого количества космических лучей в ядре либо происходит «на наших глазах», либо произошло совсем недавно. Эти объекты мы можем называть «молодыми радиогалактиками».

Крупнейшее достижение радиоастрономии последних двух-трех лет – то, что обнаружить такие объекты удалось. Заранее можно было сказать, что у «молодых» радиогалактик прежде всего должны быть сравнительно малые размеры радиоизлучающих областей, причем последние должны лежать в пределах соответствующих галактик. И действительно, размеры радиоизлучающих областей у недавно обнаруженных радиогалактик нового типа в ряде случаев не превосходят нескольких тысяч световых лет (размеры самих галактик обычно порядка десятков тысяч световых лет).

Однако самым удивительным оказалось вот что. На фотографиях, полученных оптическими телескопами, на месте радиогалактик оказались слабые звездообразные объекты, на галактики отнюдь не похожие. В начале этого года молодой голландский астрофизик Шмидт (работающий в США) исследовал спектр одной из таких звезд – ЗС-273, находящейся в созвездии Волос Вероники. Результаты оказались просто поразительными: спектральные линии излучения смещены (и при этом очень сильно) в красную сторону. Это означает, что звездный объект удаляется от нас со скоростью около 50 000 км/сек. Значит, это не звезда, а весьма удаленная от нас галактика. Ведь ни одно космическое тело в пределах нашей звездной системы не имеет скорости, превышающей несколько сот километров в секунду. По величине смещения спектральных линий можно определить расстояние до этого удивительного объекта. Оно оказалось равным 1,5 млрд. световых лет. Объект ЭС-196, согласно нашим расчетам, удаляется со скоростью, превышающей 200 000 км/сек, и находится на расстоянии больше чем 12 млрд. световых лет. Пока это самый удаленный от нас объект во Вселенной. Свет от этой галактики был излучен, когда не было еще ни Земли, ни Солнца.

Тем не менее и при таких огромных расстояниях эти «звездочки» все же можно уверенно наблюдать: они излучают огромное количество света, в несколько десятков раз большее, чем самые большие галактики.

Открытие нового типа космических объектов, светимость которых исключительно велика, имеет огромное значение для космологии. Как известно, эта наука занимается такими основными проблемами, как конечность или бесконечность Вселенной, характером кривизны пространства, а также другими аналогичными вопросами. Для космологии очень важно наблюдать объекты, удаленные от нас на максимально возможные расстояния, ибо только такие наблюдения позволят сделать выбор между различными теоретическими «моделями» Вселенной.

Но самый главный «сюрприз» был впереди. Оказалось, что блеск звездообразных объектов меняется со временем, и притом довольно быстро. Это было обнаружено почти одновременно американскими и советскими астрономами. Так, например, молодые московские астрономы А. С. Шаров и Ю. Н. Ефремов, тщательно исследовав фотографии неба разных периодов времени, хранящиеся в «стеклянной» библиотеке Государственного астрономического института им. Штернберга, показали, что яркость объекта ЗС-273 менялась заметным образом.

Астрономы привыкли, что многие звезды меняют свой блеск, иногда в довольно значительных пределах. Но чтобы целая звездная система – галактика, состоящая из сотен миллиардов звезд, что называется, «на глазах» меняла свою яркость за каких-нибудь полчаса, – это уж слишком, это похоже на чудо. Однако ученые в чудеса не верят, поэтому сразу же была высказана объясняющая это явление идея. Предположили, что мы наблюдаем с таких огромных расстояний не суммарный свет сотен миллиардов звезд и туманностей, образующих галактику, а только одну гигантскую «сверхзвезду», как-то возникшую в ядре удаленной галактики. Размеры сверхзвезды в несколько раз превышают радиус земной орбиты, а масса превосходит солнечную в миллионы раз. (Кстати, до самого последнего времени считалось, что звезд с массой свыше 100 солнечных масс в природе не существует…) На поверхности такой «сверхзвезды» все время происходят бурные процессы, в частности образуется огромное количество частиц сверхвысоких энергий – космических лучей. Именно эти частицы, движущиеся в магнитных полях «сверхзвезды», и являются причиной ее мощнейшего, меняющегося со временем оптического излучения. Вырываясь из «сверхзвезды», космические лучи уходят далеко от ядра галактики и излучают там радиоволны.

Эти открытия знаменуют начало нового этапа в развитии науки о Вселенной.