Знание расстояний до квазаров и их видимых звёздных величин позволяет определить светимости квазаров. Для этих величин получаются громадные значения — порядка 10⁴⁵—10⁴⁷ эрг/с, т.е. на несколько порядков превосходящие светимости галактик.

По известным расстояниям до квазаров и их угловым диаметрам можно найти линейные размеры квазаров. Для многих квазаров были измерены угловые диаметры в радиочастотах. Это дало возможность установить, что поперечники областей, от которых идёт радиоизлучение, порядка 100 парсек.

Более сложным путём определяются размеры оболочек, в которых возникают спектральные линии. Так как линейчатые спектры квазаров похожи на спектры газовых туманностей, то для выяснения физических условий в оболочках можно применить методы, изложенные в главе V. По относительным интенсивностям эмиссионных линий было получено, что в оболочках квазаров 𝑇_𝑒≈20 000 K и 𝑛_𝑒≈10⁷ см⁻³. Найденные значения 𝑇_𝑒 и 𝑛_𝑒 можно подставить в формулу (24.14), выражающую энергию, излучаемую оболочкой в бальмеровских линиях. Так как эта энергия известна из наблюдений, то с помощью указанной формулы определяется объём оболочки 𝑉. Для поперечника оболочки таким путём были получены значения порядка нескольких парсек.

Некоторое представление о размерах квазаров дало открытие очень важного явления — переменности их блеска. Как показал анализ старых наблюдений, блеск квазара 3C 273 заметно меняется с приблизительным периодом в 10 лет. Это означает, что размеры квазара не могут быть больше 10 световых лет. Такое заключение следует из того, что излучение, выходящее из разных частей протяжённого объекта одновременно, до нас доходит в разные моменты времени, т.е. оно «размазывается». Наблюдениями также обнаружены кратковременные изменения блеска квазаров (как в оптическом, так и в радиодиапазоне). По-видимому, их можно объяснить взрывами в отдельных частях квазаров.

На основании сказанного считается, что квазар состоит из небольшого ядра, окружённого оболочкой (с поперечником порядка 10¹⁸ см), в которой возникают эмиссионные линии, и протяжённой областью (с поперечником порядка 10²¹ см), излучающей энергию в радиочастотах. Механизмами возникновения эмиссионных линий являются фотоионизация и столкновения, а радиоизлучение вызывается движением релятивистских частиц в магнитном поле. Из наблюдений следует, что распределение радиоизлучения по спектру даётся формулой (34.9), где в среднем 𝑛≈0,7.

Масса оболочки квазара определяется весьма просто, поскольку нам известен объём оболочки 𝑉 и электронная концентрация 𝑛_𝑒 Эта масса оказывается порядка 10⁶—10⁷ масс Солнца. Гораздо труднее найти массу ядра квазара. Согласно различным физическим соображениям, она должна быть на два-три порядка больше массы оболочки.

Если считать, что масса квазара порядка 10⁸ массы Солнца, то энергия, соответствующая этой массе (т.е. найденная по формуле 𝐸=𝑀𝑐² будет порядка 10⁶² эрг. Интересно сравнить эту величину с энергией, излучаемой квазаром за время его жизни. Продолжительность существования квазаров может быть оценена на основании наличия вблизи некоторых из квазаров сгустков вещества, выброшенных когда-то из них. Если даже допустить, что сгусток удаляется от квазара со скоростью света, то время, прошедшее от момента выброса, оказывается не менее миллиона лет. Этот промежуток времени и можно принять в качестве возраста квазара. Так как светимость квазара порядка 10⁴⁷ эрг/с, то за время своей жизни квазар должен излучать энергию порядка 10⁶⁰ эрг. Мы видим, что эта величина является не очень малой долей энергии, эквивалентной массе покоя квазара.

Попытки объяснить строение квазаров и происхождение источников их огромной энергии делалось в многочисленных работах. В некоторых из них предполагалось, что квазар представляет собой компактное звёздное скопление, в котором энергия выделяется либо при столкновениях звёзд между собой, либо при вспышках сверхновых звёзд. Однако такая точка зрения не может быть принята хотя бы потому, что она не может объяснить квазипериодические изменения блеска квазаров.

Более естественным кажется взгляд на квазары как на одиночные массивные тела (иногда называемые «сверхзвездами»). Такие тела могут находиться в более или менее устойчивом равновесии под действием тяготения, светового давления, вращения и магнитных сил. Одним из источников излучения квазаров может быть гравитационная энергия, освобождающаяся при сжатии. Другое предположение состоит в том, что в центре квазара находится массивная «чёрная дыра», аккреция газа на которую и вызывает наблюдаемое излучение квазара.

Для понимания природы квазаров очень важен тот факт, что по многим характеристикам они похожи на ядра активных галактик (так называемых сейфертовских и N-галактик), хотя и сильно превосходят их по мощности излучения. Поэтому можно думать, что квазары представляют собой некоторый кратковременный этап в развитии ядер галактик.

Как уже говорилось, квазары, вследствие их огромных светимостей, наблюдаются на чрезвычайно больших расстояниях. Свет от квазаров идёт на нас миллиарды лет, причём в среднем дольше, чем от обычных галактик. Следовательно, квазары являются свидетелями очень далёкого прошлого Вселенной.

ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ VII

Амбарцумян В. А., Научные труды, т. I.— Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1960.

van de Hulst Н.С. Light Scattering by small particles, 1957 (русск. перевод: ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами.— М.: Изд-во иностр. лит., 1961).

Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Межзвёздная среда.— М.: Физматгиз, 1963.

Greenberg J. М. Interstellar grains.— 1968 (русский перевод: Гринберг М. Межзвёздная пыль.— М.: Мир, 1970).

Долгинов А.З., Гнедин Ю. Н., Силантьев Н.А. Распространение и поляризация излучения в космической среде.— М.: Наука, 1979.

Sрitzеr L. Yr., Physical Processes in the Interstellar Medium, 1978 (русский перевод: Сnитцep Л. мл. Физические процессы в межзвёздной среде.— М.: Мир, 1981).

Горбацкий В. Г. Космическая газодинамика.— М.: Наука, 1977.

Frontiers of Astrophysics/E. Avrett, ed., 1976 (русский перевод: На переднем крае астрофизики/Под ред. Ю. Эвретта.— М.: Мир, 1979).

Pacholczyk A. G., Radiogalaxies, 1977 (русский перевод: Пахольчик А. Радиогалактики.— М.: Мир, 1980).

Wееkеs Т. С. High-Energy Astrophysics, 1969 (русский перевод: Уикс Т. К. Астрофизика высоких энергий.— М.: Мир, 1972).

Неу J. S. The Radio Universe, 1975 (русский перевод: Хей Дж. Радиовселенная.— М.: Мир, 1978).

Глава VIII ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗВЁЗД

Теория внутреннего строения звёзд сильно отличается от изложенных выше разделов теоретической астрофизики. Прежде всего это объясняется необычностью физических условий внутри звезды, характеризующихся очень высокими температурами и большими плотностями. Поведение вещества и энергии при таких условиях выяснено ещё в недостаточной степени. Поэтому теория внутреннего строения звёзд может ещё встретиться со многими неожиданностями.

Другая особенность звёздных недр состоит в том, что они не могут наблюдаться с помощью обычных астрономических средств. Поэтому для проверки выводов теории могут быть использованы лишь косвенные соображения, а не прямые измерения. Правда, существует принципиальная возможность получения непосредственной информации о процессах, протекающих внутри звезды. Эта возможность заключается в измерении идущего от звезды потока нейтрино. Благодаря огромной проникающей способности этих частиц, они беспрепятственно выходят из звёздных недр наружу. Однако улавливать нейтрино весьма трудно, и создание «нейтринной астрономии» только начинается.

Основная задача теории внутреннего строения звёзд ставится так. Задана звезда с радиусом 𝑅, массой 𝑀 и светимостью 𝐿 и с определённым химическим составом. Известны граничные условия задачи, т.е. условия в поверхностных слоях звезды. Можно считать, что звезда находится в стационарном состоянии (это верно для подавляющего большинства звёзд). Требуется найти распределение плотности и температуры внутри звезды.