Вы здесь

Астрономия невидимого. Часть 3/4.

Астрономия невидимого

Как же оценить значение тех удивительных открытий, которыми радиоастрономия обогатила науку? Каковы основные научные достижения этой молодой ветви астрономии? Прежде всего следует подчеркнуть, что радиоастрономия не дублирует, а существенно дополняет оптическую астрономию. Оказалось, что во Вселенной имеются объекты, которые особенно мощно излучают в радиодиапазоне. В частности, радиоизлучение всегда сопутствует грандиозным космическим взрывам. Например, очень слабые в оптических лучах клочки туманностей, образовавшиеся после взрывов звезд (так называемых сверхновых звезд), являются довольно мощными источниками радиоизлучения. Причиной этого радиоизлучения, как было установлено советскими учеными, являются движущиеся в магнитных полях с почти световой скоростью электроны.

Расстояние до квазаров - явление "красного смещения"

В несравненно большем масштабе взрывные процессы, сопровождаемые образованием огромного количества заряженных, весьма энергичных частиц, которые, двигаясь в магнитных полях, генерируют радиоизлучение огромной мощности, наблюдаются в ядрах некоторых удаленных галактик. Собственно, почти у всех галактик, имеющих ядра, последние являются источниками радиоизлучения. Но мощность этого излучения весьма различна. Особенно велика она у квазаров (квазизвездных объектов). Ядра этих объектов мощно излучают не только в радио-, но и в оптическом диапазонах. Из-за огромной мощности их излучения они «видны» с рекордно больших расстояний (сейчас квазары являются самыми далекими небесными телами). Расстояние до квазаров определяется по смещению линий излучения в их оптических спектрах. Это явление уже давно известно как «красное смещение»: измеренные в спектрах галактик длины волн спектральных линий \(\lambda\) несколько больше, чем их лабораторные, «земные» значения \(\lambda_{0}\). Это объясняется тела, что излучающие галактики удаляются от нас (галактики как бы разбегаются друг от друга). Чем сильнее смещение линий в спектре данной галактики, тем больше скорость ее удаления от нас. До открытия квазаров (которое было сделано радиоастрономами, после чего оптические астрономы нашли на их местах ранее ничем не примечательные («звездочки», оказавшиеся совсем не звездами...) наибольшее красное смещение, определяемое отношением \(\lambda/\lambda_{0}\), было немногим больше, чем 1,4. А сейчас известны квазары, у которых это отношение близко к 4. Легко сказать, но попробуем представить себе, что это таксе. Прежде всего ситуация необычна с чисто наблюдательной, экспериментальной точки зрения: линии наблюдаются лишь в видимой части спектра, которые «съехали» туда с далекой ультрафиолетовой части. Ни у каких других астрономических объектов (звезд, туманностей) эти линии никогда не наблюдались (ультрафиолетовая часть спектра нацело поглощается атмосферой). Далее, оказывается, что скорость удаления такой галактики близка к 250 000 км/с, что составляет 0,8 от скорости света в вакууме!

Наблюдаемое уже много лет явление красного смещения современная космология, начиная от нашего замечательного физика и математика А. А. Фридмана, объясняет реальным расширением Вселенной. С течением времени расстояния между галактиками увеличиваются все больше, следовательно, растут масштабы Вселенной. Наблюдая квазар с \(\lambda/\lambda_{0}\)=4, мы как бы заглядываем в далекое прошлое Вселенной, когда ее размеры были в 4 раза меньше нынешних, а средняя плотность вещества — в 64 раза больше. Ну, а что было еще раньше?

До появления галактик был...газ!

Пока квазаров с \(\lambda/\lambda_{0}\) больше 4,6 еще не обнаружено. Очень возможно, что их либо совсем не будет, либо будет очень мало. Это означает, что галактики (а следовательно, и их ядра) образовались на определенной стадии развития Вселенной, когда ее масштабы были в 4—5 раз меньше нынешних. Еще в более раннюю эпоху никаких галактик не было. А что же было? Оказывается, был газ, причем довольно простого химического состава — смесь водорода и гелия. По мере расширения этого газа, связанного с расширением Вселенной, он уменьшал свою плотность и охлаждался. Значит, когда «возраст» Вселенной исчислялся несколькими миллионами лет, температура заполняющего ее газа достигала нескольких тысяч градусов. При такой температуре этот газ был частично ионизирован, то есть представлял собой плазму.

Важной особенностью Вселенной на ранних стадиях ее эволюции было то, что она содержала огромное количество излучения. Спектральный состав этого излучения был такой же, как и у раскаленного до соответствующей температуры тела. Плотность энергии этого излучения (энергия, приходящаяся на единицу объема) была в сотни миллионов раз больше плотности тепловой энергии газа (так как вещество во Вселенной тогда имело еще сравнительно низкую плотность). Кванты лучистой энергии находились в равновесии с атомами газа, которые поглощали и излучали их. Это значит, что число квантов, поглощенных атомами, равно числу испускаемых ими квантов (за одно и то же время). По этой причине температуры вещества и излучения были одинаковы. Но это могло продолжаться лишь до поры, до времени. Из-за расширения Вселенной плотность газа быстро убывала, и по этой причине обмен энергией между излучением и газом происходил все медленнее и медленнее. Наконец, эти процессы стали настолько медленными, что излучение, наполняющее Вселенную, потеряло всякую связь с газом. Это произошло как раз тогда, когда возраст Вселенной был несколько миллионов лет, а размеры примерно в тысячу раз меньше современных. По мере дальнейшего расширения Вселенной плотность излучения, заполняющего Вселенную, быстро уменьшалась в соответствии с тем, что его температура изменялась пропорционально размерам. И теперь, когда со времени «отклейки» излучения от вещества Вселенная-увеличила свои размеры больше чем в тысячу раз, ожидаемая температура заполняющего ее излучения должна быть порядка нескольких градусов.

© И. Шкловский. ООО НПП ОО "Бюро Квантум".


Эта статья состоит из нескольких частей. Другие части: