Квазары

Квазары (англ. quasar, сокращенное от quasistellar radiosource), квазизвёздные объекты, квазизвёзды, сверхзвёзды, небесные объекты, имеющие сходство со звёздами по оптическому виду и с газовыми туманностями по характеру спектров, обнаруживающие, кроме того, значительные красные смещения (до 6 раз превышающие наибольшие из известных у галактик). Последнее свойство определяет важную роль К в астрофизике и космологии. Открытие К. явилось результатом повышения точности определения координат внегалактических источников радиоизлучения, позволившего значительно увеличить число радиоисточников, отождествленных с небесными объектами, видимыми в оптических лучах. Первое совпадение радиоисточника с звёздоподобным объектом было обнаружено в 1960, а в 1963, когда американский астроном М. Шмидт отождествил сдвинутые вследствие эффекта красного смещения линии в спектрах таких объектов, они были выделены в особый класс космических объектов — квазары. Т. о., первоначально были обнаружены К., являющиеся сильными радиоисточниками, но впоследствии были найдены К. также и со слабым радиоизлучением (около 98,8% всех К., доступных обнаружению). Эта многочисленная разновидность К. называлась радиоспокойными К., квазигалактиками (квазагами), интерлоперами, а иногда — голубыми звёздоподобными объектами. Полное число доступных наблюдениям К. составляет около 10⁵, из них уже отождествлено с оптическими объектами около 1000, но достоверная принадлежность к К. по спектрам установлена лишь примерно для 200.

  В спектрах К. обнаруживаются мощное ультрафиолетовое излучение и широкие яркие линии, характерные для горячих газовых туманностей (температура около 30 000 °C), но значительно сдвинутые в красную область спектра. При красных смещениях, превышающих 1,7, на снимках спектров К. становится видна даже резонансная линия водорода La 1216 . Изредка в спектрах К. наблюдаются узкие тёмные линии, обусловленные поглощением света в окружающем К. межгалактическом газе. На фотографиях К. имеют вид звёзд, т. о. их угловые диаметры менее 1², только ближайшие К. обнаруживают оптические особенности: эллиптическую форму звездообразного изображения, газовые выбросы. По сильному ультрафиолетовому излучению, характеризуемому голубыми показателями цвета, К. удаётся отличать на фотографиях от нормальных звёзд, а по избыточному инфракрасному излучению — от белых карликов, даже если К. не имеют радиоизлучения.

  Вариации блеска многих К. являются, по-видимому, одним из фундаментальных свойств К. (кратчайшая вариация с периодом t » 1 ч, максимальные изменения блеска — в 25 раз). Поскольку размеры переменного по блеску объекта не могут превышать сt (с — скорость света), размеры К. не могут быть более 4×10¹² м (менее диаметра орбиты Урана), и только при движении вещества со скоростью, близкой к скорости света, эти размеры могут быть больше. В отличие от непрерывного излучения, вариации интенсивности в спектральных линиях редки.

  Как радиоисточники, К. сходны с радиогалактиками: у К. часто наблюдаются два, не обязательно одинаковых по интенсивности, протяжённых радиоисточника, находящихся на значительном расстоянии по разные стороны от оптического объекта. Механизм радиоизлучения и тех и других синхротронный (см. Синхротронное излучение). Но в К., кроме того, обнаружены компактные радиоисточники, порождающие вариации радиоизлучения на сантиметровых волнах; они представляют собой расширяющиеся облака релятивистских частиц, существующие несколько лет. Механизм их радиоизлучения связан, по-видимому, с плазменными колебаниями.

  Природа К изучена ещё мало. В зависимости от толкований природы красного смещения в их спектрах обсуждаются три гипотезы (начало 70-х гг. 20 в.). Наиболее правдоподобна космологическая гипотеза, согласно которой большие красные смещения свидетельствуют о том, что К. находятся на огромных расстояниях (до 10 гигапарсек) и принимают участие в расширении Метагалактики. На этом предположении основаны определения расстояний до К. (по красным смещениям) и оценки их масс и светимостей, В космологической гипотезе К. по абсолютным звёздным величинам (—27) и массам (около 10³⁸ кг, т. е. 10⁸ масс Солнца) являются действительно сверхзвёздами. Физическая природа К. в этом случае связывается с гравитационным коллапсом массы газа (см. Коллапс гравитационный), который остановлен вследствие магнитной турбуленции или вращения К.

  Большой расход энергии на все виды электромагнитного излучения при этой гипотезе ограничивает активную стадию К. 10⁴ годами. По мощности радиоизлучения (~10¹² вт) К. сравнимы с радиогалактиками. Предполагается, что К. являются сверхмассивными звёздами радиусом порядка 10¹² м, плазма которых непрерывно, а также сильными взрывами выбрасывает потоки частиц различных энергий. В радиусе порядка 10¹⁶ м К. окружены облаками ионизованного газа, создающими яркие линии в спектрах К., а на расстояниях порядка 10¹⁹ м находятся облака релятивистских частиц, запертых в слабых магнитных полях, — радиоизлучающие области К.

  Ближайшие К. находятся далее 200 мегапарсек. Относительные редкость и кратковременность их существования подтверждают предположение, что К. — это стадия эволюции крупных космических масс, например ядер галактик. Т. о., оказывается неслучайным сходство К. с N-галактиками, галактиками Сейферта и голубыми компактными галактиками по характеру спектров, вариациям блеска и радиоизлучения. Ближайшие К., у которых удалось рассмотреть на фотографиях структуру, оказались N-галактиками, на основании чего их объединили в один класс компактных сверхярких объектов. Загадочна природа объекта BL Ящерицы (и ещё нескольких), который по колебаниям блеска, радиоизлучению, показателям цвета и оптической структуре выглядит как типичный К., но в то же время не имеет в спектре никаких линий.

  Согласно другой гипотезе, К. со скоростями, близкими к скорости света, разлетаются в результате взрыва в центре Галактики и выброса вещества массой около 10⁴⁰ кг, происшедших несколько млн. лет назад. По этой гипотезе массы К. составляют 10³¹ кг (5 масс Солнца), а расстояния до них 60—600 килопарсек. Однако неизвестны физические процессы, которые могли бы дать необходимую для взрыва энергию (10⁵⁸ дж).

  В третьей гипотезе предполагается, что К. — компактные газовые объекты размерами 10¹⁶—10¹⁷ м и массами 10⁴²—10⁴³ кг, в спектрах которых линии имеют большие красные смещения гравитационного характера.

  Лит.: Бербидж Дж. и Вербидж М., Квазары, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1969.

  Ю. П. Псковский.