Теория распада или теория конденсации? Часть2

Втр, 06/10/2014 - 19:55

— 6 —


3C 273 — квазар в созвездии Девы...

NGC3603 — одна из крупнейших областей звездообразования в Галактике...

Таким образом, аналогия между квазарами и рентгеновскими звездами очевидна. С другой стороны, не меньше общих черт у квазаров с радиопульсарами, — т.е. с одиночными, а не с двойными звездами. Вообще, стоит обратить внимание на параллелизм явлений переменности двойных и одиночных звезд: почти любому явлению, вызванному аккрецией, можно найти аналог в мире одиночных звезд. Например, струйные выбросы вещества, характерные для двойных систем, наблюдаются у молодых звезд на стадии их формирования; роль аккреционного диска при этом играет часть оболочки формирующейся звезды. Потоки релятивистских частиц, изливаемые радиопульсаром, также являются разновидностью струй. Рентгеновские пульсары могут временно «выключаться», причина — затмение прецессирующим аккреционным диском. Аналогичное явление по неизвестной причине случается и с радиопульсарами. И т.д. — примеры можно продолжить.

Причиной отмеченной аналогии может быть двойная структура переменного источника: в случае рентгеновской звезды он состоит из нейтронной звезды и аккреционного диска, в случае одиночной звезды (в том числе и нейтронной) — из ядра и оболочки. В рамках бюраканской концепции предположим, что внешняя часть источника (аккреционный диск или оболочка) регулирует активность внутренней части. То же относится к ядрам галактик. В случае рентгеновской звезды активность источника связана с жизненным ритмом звезды-донора, в случае ядра галактики — с жизненным ритмом галактики. Пик активности ядра галактики проявляется в выбросах дозвездного вещества. Выбросам предшествует длительная перестройка структуры центрального объекта ядра, сопровождающаяся выделением энергии в виде излучения и потоков релятивистских частиц. Вероятно, с ядрами звезд происходит нечто подобное, причем в роли «дозвездного вещества» могут выступать обычные химические элементы и их соединения.

Основное возражение против отождествления ядер галактик с черными дырами — эволюционный аспект их активности. Квазары моложе радиогалактик. Чем моложе галактика, тем больше в ней газа и тем выше темп аккреции на центральный объект. Но если центральный объект — черная дыра, его масса в процессе эволюции должна расти. Наблюдения же и расчеты показывают, что масса центрального объекта радиогалактики на порядок меньше массы центрального объекта квазара. Квазары в процессе эволюции либо превращаются в галактики с активными ядрами, либо исчезают из виду. В последнем случае они тождественны черным дырам, а не галактикам; но это противоречит наблюдениям.

Впрочем, можно рассуждать по-другому. Масса центрального объекта определяется не величиной энерговыделения, а массой галактики. Степень активности ядра галактики зависит от массы центрального объекта и от темпа аккреции. Чем массивней галактика и ее центральный объект, тем быстрее расходуются запасы газа и тем быстрее спадает темп аккреции. В результате у галактик с разными массами может наблюдаться одинаковая степень активности ядер. Таким образом, не зная массу галактики, нельзя судить о массе центрального объекта.

Как уже отмечалось, звездные и галактические системы разделяются на два основных типа. В классической концепции это разделение вызвано двумя типами прото-объектов: из плотных малоподвижных газовых облаков образуются правильные скопления галактик и эллиптические галактики; из менее плотных вращающихся облаков образуются неправильные скопления галактик и спиральные галактики. В рамках бюраканской концепции вырисовывается следующая гипотеза. Дозвездные тела могут распадаться в двух режимах. Распад в первом режиме дает начало правильным скоплениям галактик и «сферическим» составляющим неправильных скоплений; эллиптическим галактикам и сферическим подсистемам спиральных галактик; шаровым звездным скоплениям и, возможно, вносит вклад в формирование звездных комплексов. Распад во втором режиме дает начало «рассеянным» составляющим неправильных скоплений галактик, плоским подсистемам спиральных галактик и рассеянным звездным скоплениям. Распад в первом режиме должен наблюдаться в виде серии сферически симметричных взрывов с общим центром. Каждый последующий взрыв слабее предыдущего, что отражает последовательное формирование системы от периферии к центру. Распад в первом режиме — кратковременное и удаленное от нас событие. Распад во втором режиме на примере активных ядер галактик наблюдается в виде двусторонних выбросов вещества.

Более детальная картина, на примере эволюции неправильного скопления галактик, выглядит следующим образом. Подобно тому, как в центре типичной галактики находится гигантское шаровое скопление, в центре типичного скопления галактик находится гигантская эллиптическая галактика. Через несколько миллиардов лет после формирования «сферической» составляющей неправильного скопления галактик, в результате определенного темпа аккреции на центральный объект центральной галактики он переключается на второй режим распада и начинает формировать «рассеянную» составляющую скопления, заполняя его протогалактиками. Каждая протогалактика повторяет процесс эволюции скопления в соответствующем масштабе. Через некоторое время после формирования сферической подсистемы галактики, в результате определенного темпа аккреции на ее центральный объект он переключается на второй режим распада и начинает формировать спиральные рукава.

Такова упрощенная картина событий. Очевидно, кроме двух основных режимов распада существуют «промежуточные» режимы, дающие начало линзовидным галактикам, а также небольшим группам галактик и звезд внутри более крупных систем.

Вероятно, разделение скоплений на правильные и неправильные произошло на стадии образования протоскоплений галактик. Эту стадию можно связать с формированием крупномасштабной ячеистой структуры Вселенной: взрывы, породившие протоскопления галактик, разметали их по стенкам гигантских пузырей. Существование промежуточной стадии между Большим взрывом и образованием скоплений галактик должно быть согласовано с законом разбегания галактик, что требует тщательного изучения динамики крупномасштабной структуры. Аналогичные трудности крупномасштабная структура создает и для классической концепции.

Новым испытанием для классической концепции является объяснение природы гамма-всплесков и космических лучей сверхвысоких энергий. Гамма-всплески — это короткие вспышки гамма-излучения, равномерно заполняющие Вселенную и не отождествленные с видимыми источниками. Сейчас выясняется, что гамма-всплески — самые удаленные от нас объекты, и, следовательно, соответствующее им энерговыделение превосходит энерговыделение квазаров. У сторонников классической концепции нет иного выхода, как отождествить их с гравитационными коллапсами огромных масс вещества. Но это ведет к пересмотру всей классической космогонии. По всей видимости, главные роли в новой космогонии будут отданы черным дырам, темной материи, а также вовремя подоспевшим темной энергии и антигравитации. Очевидно, что вооруженная такими средствами теория окажется вне критики.
В заключение проиллюстрируем сказанное подборкой последних известий из мира астрофизики, опубликованных в солидных научно-популярных журналах.

Другие материалы рубрики


  • Был ли Большой взрыв началом времени или Вселенная существовала и до него? Лет десять назад такой вопрос казался нелепым. В размышлениях о том, что было до Большого взрыва, космологи видели не больше смысла, чем в поисках пути, идущего от Северного полюса на север. Но развитие теоретической физики и, в частности, появление теории струн заставило ученых снова задуматься о предначальной эпохе.
    Вопрос о начале начал занимать философов и богословов с давних времен. Он переплетается с множеством фундаментальных проблем, нашедших свое отражение в знаменитой картине Поля Гогена «D’ou venons-nous? Que sommes-nous? Ou allons-nous?» («Откуда мы пришли? Кто мы такие? Куда мы идем?»). Полотно изображает извечный цикл: рождение, жизнь и смерть — происхождение, идентификация и предназначение каждого индивидуума. Пытаясь разобраться в своем происхождении, мы возводим свою родословную к минувшим поколениям, ранним формам жизни и прото-жизни, химическим элементам, возникшим в молодой Вселенной, и, наконец, к аморфной энергии, некогда заполнявшей пространство. Уходит ли наше фамильное древо корнями в бесконечность или космос так же не вечен, как и мы?

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • 6


  • Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Немного найдется произведений, передающих красоту космических объектов, называемых планетарными туманностями. Освещенные изнутри родительской звездой, расцвеченные флуоресцирующими атомами и ионами на фоне космической черноты, газовые структуры кажутся живыми. Ученые дали им прозвища — Муравей, Морская Звезда, Кошачий Глаз...
    Термин «планетарные туманности» — представляющие собой размытые, похожие на облака объекты, видимые только в телескоп — придумал два столетия назад английский астроном Вильям Гершель (William Herschel), исследователь туманностей. Многие из них имеют округлую форму, которая напомнила ученому зеленоватый диск планеты Уран, им же и открытой. К тому же он полагал, что округлые туманности могут быть планетными системами, формирующимися вокруг молодых звезд. Термин прижился, несмотря на то, что действительность оказалась иной: туманности такого типа состоят из газа, сброшенного умирающими звездами. Примерно через 5 млрд. лет Солнце закончит свой космический век изящным выбросом планетарной туманности, что не вполне соответствует теории эволюции звезд — основе, на которой базируется наше понимание космоса. Если звезды рождаются, живут и умирают круглыми, то как же они создают вокруг себя структуры, которые мы видим на фотографиях «Хаббла», подобные Муравью, Морской Звезде или Кошачьему Глазу?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Никто пока не определил, всякая ли звезда в Галактике окружена другими планетами, либо Солнце является исключением из данного правила. За последние 9 лет астрономы при наблюдении за колебательными движениями звезд, которые вызваны воздействием, оказываемым на них планетами, обнаружили сотни таких планет. Но этот метод помогает фиксировать лишь самые массивные планеты, находящиеся неподалеку от звезд. Так можно обнаружить Юпитер, Сатурн в Солнечной системе, но мелкие тела (кометы, астероиды, планеты земного типа), делающие Солнечную систему такой разнообразной, астрономы бы не смогли найти, используя эти методы наблюдения.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Наблюдения на рентгеновской обсерватории «Чандра» показали наличие большого числа маломассивных рентгеновских двойных звезд в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в балджах — центральных сферических компонентах — дисковых галактик. Распределение источников по светимостям хорошо описывается двумя компонентами, граница между которыми соответствует светимости порядка (2-3) 1038 эрг/с. Т.к. эта величина примерно соответствует максимальной (т.н. Эддингтоновской) светимости объекта с массой 1.4 Мо, то возможно, что более мощные источники являются аккрецирующими черными дырами, а менее мощные — нейтронными звездами. Т.о. с некоторой долей уверенности можно говорить, что мы видим в галактиках ранних типов — эллиптических и линзовидных — тесные двойные системы как с черными дырами (самые яркие источники), так и с нейтронными звездами (менее яркие).



  • ...Тесное сходство протона и нейтрона наводит на мысль, что здесь существует симметрия. И действительно, на ядерный процесс никак не отразится, если можно было бы заменить все протоны на нейтроны, или наоборот. Это свойство получило название — симметрия изотопического спина, или изотопическая симметрия. Название связано с тем, что ядра, отличающиеся только числом нейтронов, называются изотопами. Нынешнему состоянию Вселенной соответствует равное количество протонов и нейтронов, которые находятся в постоянном движении. Но какая причина вызывает эти движения и вообще изменения в природе?..

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Итак, согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигла 1010 К — это слишком много для того, чтобы могли существовать сложные ядра. Все пространство Вселенной было тогда заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами, вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами (тепловым излучением). Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, так что по прошествии минуты температура упала до 108 К, а спустя еще несколько минут — ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В кинокомедии «Карнавальная ночь» один из персонажей — лектор — сообщает: «Есть ли жизнь на Марсе, нет ли жизни на Марсе, науке не известно». С тех пор прошло почти полвека, но это утверждение справедливо и сегодня. Однако не менее справедливо и другое: «Где есть вода — там есть и жизнь». Сегодня с большой долей уверенности можно сказать: вода на Марсе есть. Дело за малым — отыскать там жизнь.