Занимательная астрофизика - Виктор Комаров

Наблюдатель, который находится вне такого конуса, увидит только сам реальный космический объект в том направлении, в котором он действительно находится. Если же наблюдатель располагается внутри конуса, то он будет видеть как минимум три изображения. А при определенном строении объекта, играющего роль гравитационной линзы, — даже пять и больше.

Почему же в случае двойного квазара Q 0957+561 А, В наблюдается только двойное изображение? Ведь если двойственность этого объекта — иллюзия, вызванная искривлением лучей гравитационной линзой, то согласно теории должно наблюдаться тройное изображение. Как считают некоторые специалисты, третий компонент изображения не удается в данном случае увидеть потому, что он сливается либо с компонентом В, либо с галактикой, играющей роль гравитационной линзы.

Разумеется, упомянутые выше свойства гравитационных линз практически реализуются только до определенной степени. С одной стороны, при расчетах, в результате которых они выведены, допускаются известные упрощения, а с другой — на ход лучей, прошедших через гравитационную линзу, оказывают влияние гравитационные поля и других небесных тел.

Но, пожалуй, самая интересная особенность гравитационных линз состоит в том, что их воздействие на электромагнитные излучения не зависит от длины волны. Это значит, что они одинаковым образом фокусируют как лучи видимого света, так и радиоволны и ультрафиолетовые и рентгеновские лучи и гамма-излучение.

Согласно современным представлениям, наблюдаемая нами часть материального мира представляет собой сферическую область, заполненную галактиками, квазарами и другими космическими объектами. Вследствие разбегания галактик радиус этой сферы быстро увеличивается.

Однако наши представления о расположении космических объектов в пространстве основываются на предположении о прямолинейном распространении электромагнитных волн, в том числе лучей видимого света. Но ведь мы живем не в пустой Вселенной, а во Вселенной, заполненной различными массами. А там, где есть массы, пространство, согласно общей теории относительности, искривляется. Иными словами, распространение электромагнитных излучений перестает быть прямолинейным. Вследствие этого действительные положения космических объектов могут весьма существенно отличаться от наблюдаемых. И эти отклонения будут тем сильнее, чем больше расстояния.

Вообще, геометрическая структура Вселенной может оказаться чрезвычайно сложной, а ход световых лучей в ней весьма замысловатым. В некоторых теоретических моделях световые лучи могут приходить к земному наблюдателю не только непосредственно от того или иного далекого космического объекта, но и обежав несколько раз пространство Вселенной! В результате наблюдатель увидит примерно такую же картину, какую мы видим, оказавшись между двумя обращенными друг к другу параллельными зеркалами, т. е. бесконечный ряд последовательных отражений.

Иными словами, один и тот же космический объект земной наблюдатель может увидеть многократно: вместо одного объекта целую цепочку абсолютно одинаковых. И только самый близкий из них существует реально, остальные — мираж. Теоретики изобрели для них впечатляющее название — «духи».

Опять-таки то, о чем идет речь, — теоретическая возможность. Реализуется ли она? Тщательное изучение и сравнение известных космических объектов показало, что на расстояниях вплоть до 30 световых лет цепочек, состоящих из одинаковых объектов, нет. А на больших расстояниях? Вопрос пока остается открытым…

Не составляют «цепочки» и знакомые нам близнецы — квазары. Во-первых, их только два, а во-вторых, они находятся от нас на одинаковых расстояниях и, что самое главное, обладают одинаковой яркостью. Что же касается миражей — «духов», то они должны быть созданы лучами, прошедшими столь различные пути, что их изображения одинаковой яркостью обладать заведомо не могут.

Весьма заманчива также возможность уточнения о помощью космических гравитационных линз, если они действительно существуют, постоянной Хаббла (см. с. 41).

Определение значения постоянной Хаббла связано о очень большими трудностями, так как для этого необходимо точно знать расстояния до удаленных «космических объектов. А прямых методов определения этих расстояний в распоряжении современной астрономии, к сожалению, все еще не имеется. Поэтому неудивительно, что значение постоянной Хаббла не раз подвергалось существенному пересмотру. Так, еще сравнительно недавно она считалась равной примерно 100 километрам в секунду на один мега-парсек. Затем значение постоянной было уменьшено вдвое. Однако в последнее время известный астроном Ж. де Вокулер на основе анализа обширного материала наблюдений галактик и их скоплений произвел очередной пересмотр постоянной Хаббла, приняв ее прежнее значение, т. е вновь увеличив ее в два раза.

Если это значение соответствует действительности, то все космические расстояния должны быть пересмотрены в сторону их уменьшения. Мало того, должен быть пересмотрен в сторону уменьшения и возраст Вселенной, т. е. продолжительность ее расширения от начального состояния до нашей эпохи.

Чем же могут помочь гравитационные линзы? Если наблюдения позволят в дальнейшем определить величину запаздывания луча, искривленного гравитационной линзой, то можно будет вычислить время хода прямого, неискривленного луча, а следовательно, и определить точное расстояние до наблюдаемого объекта. Зная это расстояние, а также величину красного смещения в спектре объекта, можно рассчитать и постоянную Хаббла.

Наконец, по степени задержки искривленного луча можно будет вычислить истинную массу галактики, играющей роль гравитационной линзы, и тем самым выяснить, какой вклад в нее вносят нейтрино (см. раздел „Великое объединение“, с. 133).

В заключение следует отметить, что в непосредственной близости от квазара PC И15-08 обнаружено два очень слабых объекта, спектры которых совпадают со спектром этого квазара. Не исключено, что открыта еще одна космическая иллюзия, обязанная своим возникновением эффекту гравитационной линзы.

Несколько лет тому назад астрономы столкнулись с весьма загадочным явлением. Начиная с июля 1977 г. и до июля 1980 г. в результате радиоинтерференционных наблюдений была получена серия последовательных изображений квазара ЗС 273, расположенного на расстоянии около 2 млрд. световых лет от Земли. На этих изображениях был отчетливо виден компактный сгусток, выброшенный из ядра квазара, который постепенно удалялся от него и за три года отошел от своего первоначального положения в плоскости, перпендикулярной лучу зрения, на угол, соответствующий (для расстояния, на котором находится ЗС 273) реальному расстоянию в 25 световых лет.

Но согласно одному из наиболее фундаментальных положений современной физики никакой физический процесс не может распространяться со скоростью, превосходящей скорость света. Таким образом, максимальная возможная скорость движения выброса — это один световой год за год. А за три года, в течение которых велись наблюдения, — три световых года.

Три, а не двадцать пять!

Не значит ли это, что обнаружено явление, подрывающее основы основ наших физических представлений о мире? Однако хоронить современную физику мы все-таки подождем, а лучше зададимся вопросом: нет ли у „сверхсветового“ выброса другого объяснения? Оказывается, есть!

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 14.

Представим себе следующую ситуацию. Квазар, расположенный в точке О, выбросил компактный сгусток плазмы по направлению к Земле ОВ1, отличающемуся от направления луча А1О на малый угол а. Предположим, что скорость движения сгустка близка к скорости света и за 300 лет он проходит расстояние в 297 световых лет.

Луч света, вышедший из точки О, спустя 300 световых лет придет в точку A1. За это время сам сгусток приблизится к Земле на 297 световых лет. Линии A1B2 он достигнет с опозданием (по сравнению со световым лучом, вышедшим из точки О) примерно на 3 года.

Следовательно, когда луч света, вышедший из точки О, достигнет точки A2, где расположен земной наблюдатель, луч света, вышедший из точки В1 отстанет на три световых года и достигнет земного наблюдателя с опозданием на эти 3 года.

Таким образом, в июле 1977 г. земной наблюдатель зарегистрировал луч от компактного выброса, вышедший из точки О, а в 1980 г. он зафиксировал луч от того же источника, пришедший из точки В1.

Внешне это выглядит так, будто в плоскости, перпендикулярной лучу зрения, источник переместился из точки А1 в точку В2, отстоящую от А1 на 25 световых лет. В действительности же произошло совсем иное: сам источник приблизился к нам, удалившись от точки О на значительно большее расстояние в 297 световых лет. Но преодолел он это расстояние за 300 лет, а не за 3 года, как могло показаться на первый взгляд.