Наблюдения космических мазеров показывают, что они расположены во внешних частях огромных газово-пылевых туманностей. По мазерному излучению сделано заключение, что оно идёт от небольших и сравнительно плотных облаков (протяжённостью порядка 10¹⁶ см и плотностью порядка 10⁻¹⁸ г/см³). Предполагают, что эти облака являются зарождающимися звёздами.
6. Радиоизлучение Метагалактики.
До сих пор мы говорили только о межзвёздной среде в нашей Галактике. Однако для понимания природы межзвёздной среды очень большое значение имеют также результаты изучения других галактик. Эти результаты основываются на наблюдениях галактик как в оптической области спектра, так и в радиодиапазоне (см. [9]).
Самыми близкими к нам галактиками являются Магеллановы Облака. В них обнаружено много газовых туманностей и вызывающих их свечение горячих звёзд. Особенно велика туманность S Золотой Рыбы, масса которой составляет, по-видимому, около миллиона масс Солнца. От этой туманности идёт сильное радиоизлучение в непрерывном спектре, имеющее тепловое происхождение. Основная же часть радиоизлучения Магеллановых Облаков в непрерывном спектре имеет нетепловую (вероятно, синхротронную) природу. Важные результаты дали наблюдения излучения Магеллановых Облаков в радиолинии с длиной волны 21 см. В частности, по интенсивности этого излучения удалось определить массу находящегося в них межзвёздного водорода (приблизительно 6⋅10⁸ 𝑀☉ в Большом Магеллановом Облаке и 4⋅10⁸ 𝑀☉ — в Малом).
Очень близка к нам также галактика M 31 («туманность Андромеды»), во многих отношениях похожая на Млечный Путь. Изучение её свечения в линии λ=21 см позволило определить скорость вращения на разных расстояниях от центра и распределение межзвёздного водорода. Радиоизлучение галактики в непрерывном спектре идёт от более протяжённой области, чем оптическое излучение. Это свидетельствует о наличии короны, подобной короне нашей Галактики. Интенсивность излучения меняется с частотой по закону ν-0,7, что может быть объяснено синхротронным характером излучения.
Разными наблюдателями были измерены также потоки радиоизлучения, идущие от многих других галактик. Определённое по потоку излучения в линии λ=21 см количество межзвёздного водорода в галактике оказалось сильно зависящим от её структуры. Этот факт представляет значительный интерес с точки зрения теории развития галактик.
Подавляющее большинство галактик излучает в радиодиапазоне примерно такое же количество энергии, как и Млечный Путь. К ним, в частности, относятся Магеллановы Облака и туманность Андромеды. Однако количество энергии, излучаемое в радиочастотах некоторыми галактиками, оказывается на несколько порядков больше. Такие галактики принято называть радиогалактиками. Характерным примером радиогалактики является радиоисточник Лебедь А, излучающий в радиодиапазоне примерно в миллион раз больше энергии, чем наша Галактика. На фотографиях этот источник представляет собой весьма необычную галактику с двойным ядром. Её излучение в видимой части спектра сосредоточено в ярких запрещённых линиях (𝙾 I 𝙾 II, 𝙾 III, 𝙽𝚎 II, 𝙽𝚎 III и др.). Ширина этих линий свидетельствует о внутренних движениях со скоростями порядка 400 км/с. Бааде и Минковский, подробно изучившие источник Лебедь А, высказали гипотезу, что в данном случае мы имеем дело со столкновением между собой двух галактик. В дальнейшем такая гипотеза применялась и к другим радиогалактикам, однако В. А. Амбарцумян выдвинул убедительные возражения против неё. Согласно его взглядам галактики с двойными ядрами находятся в процессе деления и этот процесс на определённом этапе сопровождается сильным радиоизлучением и образованием эмиссии в видимой области спектра.
Другим примером радиогалактики может служить радиоисточник Дева А, представляющий собой в видимых лучах гигантскую галактику почти сферической формы. В спектре ядра галактики обнаружена сильная эмиссионная линия λ 3727 [𝙾 II], возникающая, как надо думать, в газовых туманностях с небольшой плотностью. Удивительная особенность этой галактики состоит в том, что из её ядра выходит яркий выброс голубого цвета. Излучение выброса оказывается поляризованным (со степенью поляризации около 30%), а его спектр — чисто непрерывным. Можно предполагать, что свечение выброса в видимой области спектра подобно свечению Крабовидной туманности, т.е. имеет синхротронную природу.
Подробное изучение радиогалактик показывает, что возникновение их радиоизлучения, по-видимому, связано с бурной активностью их ядер. Такая активность состоит в выбрасывании вещества из ядра, приводящего к появлению в галактике релятивистских электронов, газовых облаков и нестационарных звёзд. В результате наблюдается сильное радиоизлучение, свечение голубых выбросов и эмиссионные линии в спектрах галактик.
Из наблюдений следует, что, кроме радиоизлучения от отдельных галактик, к нам приходит радиоизлучение от всей Метагалактики. Характерная черта этого излучения — независимость его интенсивности от направления: Упомянутое излучение было открыто случайно в 1965 г., хотя существование его предсказывалось двадцатью годами раньше. Наблюдения, выполненные на разных длинах волн, показали, что данное излучение хорошо описывается планковской кривой с температурой около 3 K. Интенсивность его максимальна на длине волны 0,15 см. Обычно это излучение называют реликтовым, так как считается, что оно сохранилось от той стадии развития Вселенной, когда она была плотнее и горячее. По мере же расширения Вселенной температура её излучения уменьшалась, достигнув трёх градусов к настоящему времени.
7. Квазары.
В 1963 г. среди источников космического радиоизлучения были обнаружены объекты, которые в визуальных лучах оказались похожими на звёзды. Их назвали квазизвёздными объектами или сокращённо — квазарами. Наблюдения квазаров в видимой области спектра и в радиодиапазоне привели к чрезвычайно интересным результатам (см. [10], [11] и др.).
Особенно неожиданными оказались оптические спектры квазаров, состоящие из ярких линий на непрерывном фоне. В течение некоторого времени эти линии не удавалось отождествить, но потом М. Шмидт показал, что они принадлежат известным атомам (𝙷, 𝙼𝚐 II, 𝙾 III и др.), однако сильно смещены в красную сторону спектра. Если λ₀ — длина волны линии в лабораторной системе, а Δλ, — смещение линии, то величина 𝑧=Δλ/λ₀ получается для квазаров порядка единицы. Для самого яркого квазара 3C 273 (с видимой величиной 12𝑚,8) 𝑧=0,16. Для многих квазаров величина 𝑧 достигает 2 и больше. В спектрах таких квазаров линия Lα с длиной волны λ₀=1216 Å переходит в визуальную область.
Как известно, в спектрах галактик линии также смещены в красную сторону и это смещение объясняется удалением галактик от нас с огромными скоростями. Такое же объяснение смещения линий естественно принять и для квазаров. Поскольку смещение очень велико, то для определения скорости удаления 𝑣 необходимо пользоваться следующей формулой, даваемой теорией относительности:
Δλ
λ₀
=
⎛
⎜
⎝
𝑐+𝑣
𝑐-𝑣
⎞½
⎟
⎠
-1
,
(34.32)
где 𝑐 — скорость света. Для квазара 3C 273 по этой формуле находим, что 𝑣=45 000 км/с. Для квазара с 𝑧=2 получаем 𝑣=240 000 км/с.
Согласно закону Хаббла, скорости удаления галактик пропорциональны их расстояниям. Считая, что этот закон справедлив и для квазаров, мы получаем возможность определить расстояние до квазаров по смещениям линий в их спектрах. К настоящему времени таким способом найдены расстояния приблизительно до тысячи квазаров. Эти расстояния (называемые космологическими) очень велики — свет от квазаров идёт к нам миллиарды лет. В среднем квазары находятся от нас дальше галактик.
