An artist's rendering of the Swift spacecraft with a gamma-ray burst going off in the background.
Космическая микроволновая обсерватория "Планк"
Fermi Gamma-ray Space Telescope
Международная группа астрономов представила обширное описание своих наблюдений за блазарами, пока что малоизученными и очень яркими объектами вне нашей Галактики. Статья, подписанная более чем полусотней авторов, появилась в архиве препринтов arxiv.org и может служить прекрасной иллюстрацией того, зачем ученым не один космический телескоп, а сразу несколько.
Впрочем, само понятие "телескоп" тут требует пояснения. В статье ученых речь идет о трех инструментах – Swift, Planck и Fermi – которые предназначены для наблюдения за небом вовсе не в видимом свете. "Планк" позволяет смотреть на небо в микроволновом диапазоне, а "Свифт" и "Ферми" – в рентгеновских лучах, гамма-излучении и ультрафиолете. Для всех этих видов электромагнитных волн атмосфера немногим прозрачнее кирпичной стены, поэтому, когда речь заходит о "невидимой астрономии", всегда подразумеваются инструменты на орбите. Которые, кстати, потребовали от своих создателей немалых усилий, ведь рентгеновские лучи, к примеру, не отражаются обычными зеркалами. А детекторы микроволнового излучения дают очень сильные помехи, избавится от которых можно только охлаждением почти до абсолютного нуля, так что на "Планк" пришлось поставить не просто телескоп, а телескоп с системой глубокого охлаждения!
Наблюдения при помощи трех сложных инструментов были направлены на изучение блазаров: за этим термином, отдающим фантастической литературой, скрывается многоэтажная конструкция из "квазизвездного радиоисточника" (то есть "квазара") и названия BL Lacertae, объекта в созвездии Ящерицы (Lacertae). Объекта, который какое-то время считали переменной звездой, но потом обнаружили, что он вообще не принадлежит нашей галактике!
Кстати, похожим образом свершилась одна из космологических революций, когда крупные оптические телескопы показали на месте "туманностей" другие галактики. Когда речь идет об объекте в том или ином созвездии, это не означает, что он действительно находится рядом с наиболее яркими звездами, – он просто виден за ними подобно тому, как за стоящими на подоконнике цветами может быть видна телебашня на горизонте. Изучение блазаров показало, что они дают не только видимый свет переменной яркости, но и вообще едва ли не весь спектр излучения от радиоволн до гамма-лучей, причем характеристики этого излучения совсем не похожи на звездные.
Да и на квазары тоже. Астрономы столкнулись с двумя ранее неизвестными категориями объектов, которые по своему энерговыделению обгоняли не просто отдельные звезды, а галактики из миллиардов звезд! Квазары и блазары – различие между ними заключалось в характеристиках спектра, а сходной чертой была чудовищная мощность, которую просто нереально было объяснить протекающими внутри звезд термоядерными реакциями.
Термоядерные реакции, самый мощный из известных ранее источников энергии, оказался недостаточным для этих объектов. Причем если вокруг квазаров еще явно было какое-то вещество (на это указывал их спектр), то блазары светятся словно сами по себе, не будучи окружены газовой оболочкой подобно звездам. Почему?
Пропустив тридцатилетнюю историю исследований, озвучим то, что уже известно: все экстремально яркие объекты расположены в ядрах галактик и, по всей видимости, содержат в себе черные дыры в миллиарды раз тяжелее Солнца. Которые, как и положено массивным телам, притягивают окружающую материю, от отдельных элементарных частиц до целых звезд.
А далее захваченный объект не просто падает и бесследно исчезает: в случае с квазарами поток поглощаемого межзвездного газа закручивается вокруг черной дыры в диск, который по мере приближения к центру становится все более и более плотным. Сжатие газа разогревает его до таких температур, что он превращается в плазму – и вот тут происходит самое интересное.
С одной стороны, плазма создает электромагнитное поле, которое само влияет на поток плазмы и в последний момент выбрасывает часть вещества обратно узкой струей с почти световой скоростью, джетом. С другой стороны, нагрев плазмы идет настолько интенсивно, что она светится даже ярче материи звезд, гравитация заставляет выделять больше энергии, чем слияние ядер атомов!
Свечение аккреционного (от латинского acccretio – поглощение) диска сверхмассивной черной дыры и возникающего при этом джета – вот что лежит в основе феномена квазара. Это астрофизики установили еще в 1980-е годы, но с блазарами, в спектре которых указаний на аккреционный диск не нашлось, возникла проблема, до сих пор не получившая окончательного ответа.
И данные с нескольких космических обсерваторий, позволившие астрономам получить самые полные на сегодня спектры блазаров, должны помочь определиться с представлениями об этих загадочных объектах. В частности, есть гипотеза о том, что черная дыра в центре блазара поглощает звезды целиком, без их разрушения, а свечение возникает в каких-то еще неизученных процессах на самой ее границе. Понять которые можно только имея полную информацию о блазарах, наблюдая их в нескольких диапазонах электромагнитного излучения.
Тем более что радиоизлучение (а микроволны относят именно к радиодиапазону), рентгеновские и гамма-лучи связывают уже не со сжатием вещества в аккреционном диске, а с появлением джета, что тоже изучено пока недостаточно. Данные о 105 блазарах, для значительной части которых удалось получить данные со всех трех спутников (и вдобавок, в ряде случаев с наземных радиотелескопов), позволили сделать вывод о неполноте прошлых моделей возникновения рентгеновского излучения, и теперь у теоретиков есть новый материал для построения новых теорий, объясняющих природу одних из самых ярких небесных тел во Вселенной.
