Процессы, создающие излучение 6 страница
С целью рассмотрения фактов, открытых в результате новых наблюдений, и чтобы иметь дело со сферами, не охваченными первичным исследованием, потребовалось существенно расширить теоретическое развитие. Первичное исследование не сосредотачивалось на астрономических проблемах как таковых, а рассматривало физические процессы, в которых физические принципы, выведенные из теории, могли проверяться в применении к крайним условиям. В настоящем томе цели расширились. В дополнение к использованию астрономии как доказательной базы для законов и принципов фундаментальной физики, мы воспользовались данными законами и принципами, только на этот раз строго установленными, чтобы объяснить и соотнести с ними астрономические наблюдения.
Глава 21
Теория квазаров
Ключ к пониманию квазаров и связанных с ними феноменов – это осознание их статуса как галактических эквивалентов класса белых карликов, известных как пульсары. Теорию диапазонов высокой скорости, предложенную в главе 15 и распространенную на продукты взрывов сверхновых в последующем обсуждении, точно таким же способом можно расширить и на квазары, с надлежащими модификациями из-за разницы между звездами и галактиками.
За исключением этих различий – большего размера, более сложной структуры, более мощных гравитационных сил и так далее – взрывы галактик аналогичны взрывам сверхновых. Основные продукты взрывов галактик аналогичны основным продуктам взрывов сверхновых. Необычные свойства утраты высоко скоростного компонента продуктов взрыва галактик аналогичны необычным свойствам ультра высоко скоростного компонента взрыва сверхновой Типа II – быстро движущегося белого карлика, которого мы называем пульсаром. Кроме всего прочего, “загадочные” квазары не такие уж загадочные в том смысле, в котором загадочны все сущности и феномены, если они рассматриваются в контексте ошибочных теорий или допущений.
|
|
|
Аналогия между белыми карликами и квазарами настолько очевидна, что ее немедленно следовало осознать (если не в деталях, то хотя бы в общем), когда впервые были обнаружены квазары. Белый карлик – это звезда, отличительной характеристикой которой является плотность, намного превосходящая диапазон плотностей обычных звезд. Квазар – это совокупность звезд, одним из самых основных отличительных свойств которой является плотность, намного превышающая диапазон плотностей обычных звездных совокупностей. Вывод, что новые объекты, квазары, – это галактический эквивалент белых карликов, следует почти автоматически. Но каким бы естественным не был этот вывод, астрономы не могут его принять, поскольку привержены конфликтующим идеям, выведенным из единичных целевых теорий и возведенным в статус универсальных законов.
|
|
|
Взрывные события, создающие два данных класса объектов, кое-чем отличаются, но общая ситуация одна и та же в обоих случаях. Один компонент продуктов обоих типов взрывов испускается со скоростью меньше скорости света. Поскольку это обычная скорость в материальном секторе вселенной, такой продукт является объектом знакомого типа, довольно распространенной совокупностью единиц, из которых состоял взорвавшийся объект. Составляющими единицами звезды являются атомы и молекулы. Когда звезда взрывается, она разбивается на такие единицы. Следовательно, мы видим облако атомных, молекулярных или многомолекулярных частиц, испускающихся из места взрыва. Но имеется и второй компонент, особый объект, известный как звезда белый карлик, которого сейчас мы определили как облако подобных частиц, испускающихся со скоростью больше скорости света и, следовательно, расширяющихся во времени, а не в пространстве.
Некоторые продукты галактического взрыва аналогично уменьшаются до размера атома или частицы, но базовыми единицами, из которых состоит галактика, являются звезды. Поэтому материал, испускающийся взрывом, в основном выходит в виде звезд. Здесь, как при взрыве сверхновой, один из продуктов полномасштабного галактического взрыва обретает скорость, превышающую скорость света, а другой остается ниже этого уровня. Совокупность звезд, движущаяся с обычной скоростью, обычна и в других отношениях. Единственной заметной отличительной характеристикой становится сильное радиоизлучение на ранних стадиях, благодаря входящей в совокупность материи, движущейся с промежуточной скоростью. Такой продукт – это радиогалактика. Продукт, движущийся с ультравысокой скоростью, – это квазар.
|
|
|
Как отмечалось в главе 20, в процессе дальнейших изучений со времени публикации теории в 1959 году, подтвердивших большинство изложенных выводов, предварительные взгляды на механизм галактического взрыва в некоторой степени изменились. Сейчас очевидно, что во внутренних частях гигантских галактик сосредотачивается давление. Это происходит за счет взрывов сверхновых Типа II, происходящих в большом количестве, когда старые звезды в центральных регионах начинают достигать пределов возраста. Со временем огромное создающееся внутренне давление достигает состояния, когда оно прорывается в сектор налегающей массы галактики, как при взрыве бойлера. Когда давление высвобождается, галактическая структура преобразовывается, а создание внутреннего давления уменьшается. В свое время это приводит к повторению галактического взрыва. Как предсказывалось в издании 1959 года, длительные серии таких взрывных событий разрушают галактику.
|
|
|
Согласно выводам из постулатов, определяющих вселенную движения, на основе ранее существовавшей астрономической мысли, создание внутреннего давления в центральных регионах гигантских галактик было бы невозможно, поскольку традиционная теория не предусматривает сдерживания энергетичных звезд или частиц. А наше открытие состоит в том, что звезды в любой совокупности занимают положения равновесия; они сопротивляются любому отклонению от этих положений. Таким образом, внешние регионы галактики действуют как стенки контейнера, сопротивляющиеся внутренним силам и удерживающие высокоскоростной материал внутри галактики, где имеет место крупномасштабная дезинтеграция звезд. Как мы видели в главе 19, через стенки контейнера происходят утечки, но сам факт, свидетельствующий, что утечка обнаруживается лишь вблизи самых больших галактик,[225] указывает на то, что она не достигает больших пропорций до тех пор, пока внутреннее давление не становится достаточно сильным для прорыва. Когда внутреннее давление, наконец, доходит до уровня, на котором преодолевается сопротивление, весь сегмент налегающей части галактики взрывается как квазар.
Изучение размеров квазаров, которые будут обсуждаться позже, указывает на то, что испущенные фрагменты гигантских галактик ранжируются по величине от приблизительно 7x107 звезд, размер карликовой эллиптической галактики, до около 2x109 звезд, размер небольшой спиралевидной галактики. На последующих страницах будет продемонстрировано, что теоретические свойства галактических фрагментов таких размеров, движущихся на ультравысоких скоростях в измерении взрыва, идентичны наблюдаемым свойствам квазаров.
Сейчас стоит заметить, что предшествующее объяснение природы и возникновения квазаров не конфликтует с существующей теорией квазаров, поскольку астрономы еще не в состоянии сформулировать теорию квазаров.
“На данный момент у нас до сих пор отсутствует уникальная теория и единая модель, объясняющая природу квазаров, не говоря уже об их происхождении или источнике энергии”.[226]
Не имеется и теории, как и почему взрываются галактики. Даже теории о взрывах звезд признаются не более чем умозрительными.
“Вначале следует подчеркнуть, что современная наука еще не имеет в своем распоряжении истинной теории взрывов звезд”.[227]
Движение астрономического объекта перпендикулярно линии визирования – истинное движение, каким оно известно астрономам, – можно измерять или, по крайней мере, обнаруживать посредством наблюдения изменения положения объекта по отношению к общему паттерну астрономических расположений. Движение на линии визирования измеряется посредством Доплеровского смещения. Изменение в частоте излучения от объекта имеет место, когда эмиттер движется к наблюдателю или от него. Однако у квазаров или других очень отдаленных галактик не обнаружено никакого движения. Следовательно, мы приходим к выводу, что случайные векторные движения таких галактик слишком малы, чтобы наблюдаться на огромных расстояниях, отделяющих нас от этих объектов. Однако по причине последовательности естественной системы отсчета, отдаленные галактики удаляются друг от друга и от Земли на высоких скоростях, увеличивающихся прямо пропорционально расстоянию. Благодаря таким скоростям, Доплеровский эффект также пропорционально сдвигает спектры к красному. Ввиду того, что приблизительная величина соотношения между красным смещением и расстоянием (константа Хаббла) может получаться посредством наблюдения близлежащих галактик, расстояние до которых может приближенно вычисляться другими методами, в современной практике красное смещение служит средством измерения расстояний до галактик, которое невозможно измерить другими способами.
Одна из самых потрясающих характеристик квазаров – их красные смещения фантастически высоки по сравнению с красными смещениями других астрономических объектов. В то время как измеренные до сих пор (1983 год) самые большие красные смещения для обычной галактики составляют 0,67,[228] красные смещения некоторых квазаров равны почти 4,00. Если мы допустим, как это делает сейчас большинство астрономов, что это обычные красные смещения рецессии, тогда квазары должны быть самыми удаленными объектами, когда-либо обнаруженными в галактике.
Наше теоретическое развитие указывает на то, что с точки зрения расстояния в пространстве данный вывод ошибочен. В контексте теории вселенной движения обычное красное смещение рецессии не может превышать 1,00, поскольку эта величина соответствует скорости света, полной скорости последовательности естественной системы отсчета, уровню, который достигается, когда действие гравитации становится незначительным. Даже без какого-либо детального рассмотрения, очевидно, что в дополнение к сдвигу рецессии наблюдаемое красное смещение квазара включает еще один компонент. С точки зрения происхождения квазара легко увидеть, что превышение красного смещения за счет обычной рецессии – это результат движения в дополнительных измерениях, переданного квазару сильным галактическим взрывом.
Как говорилось в главе 15, объект, с промежуточной скоростью между одной единицей (скорость света) и двумя единицами, движется в пространственном эквиваленте величины времени. Движение в эквивалентном пространстве не может представляться в пространственной системе отсчета, за исключением того, когда гравитационный переворот создает изменение положения. С другой стороны, Доплеровское смещение – это просто числовое соотношение, скалярное общее величин скорости во всех измерениях, независимо от системы отсчета. Поэтому эффективная часть скорости в эквивалентном пространстве появляется как компонент красного смещения квазара.
В предшествующее утверждение следует включить термин “эффективная” потому, что движение квазара за пределами уровня единицы скорости имеет место в двух скалярных измерениях, только одно из которых совпадает с измерением пространственной системы отсчета. Движение в другом эквивалентном пространстве не влияет на радиальную скорость движения наружу и, следовательно, не входит в Доплеровское смещение.
Конечно, здесь следовало бы прибавить дальнейшее объяснение этого положения, поскольку идея скалярного движения в двух измерениях незнакома и, возможно, будет сбивать с толку тех, кто сталкивается с ней впервые. В применении к скалярному движению термин “измерение” используется в математическом смысле, а не в геометрическом; то есть, для своего полного определения двумерное скалярное количество требует независимых скалярных величин. Когда такое двумерное скалярное количество накладывается на сопоставимое одномерное количество, как при распространении одномерного скалярного движения в двумерный регион, к одномерной величине прибавляется лишь одна из двух скалярных величин двумерного количества. Поскольку другая, по определению, является независимой величиной, с которой она ассоциируется в двух измерениях, она тоже является независимым одномерным количеством, которое прибавляется к связанной с ней величине.
На основании теории, развитой в главе 15, общее красное смещение (мера общей эффективной скорости) объекта, движущегося со скоростью больше единицы, – это красный сдвиг рецессии плюс половина двумерного прибавления. Как объяснялось в предшествующем обсуждении, результирующая величина обычно составляет z + 3,5z½. Поскольку и рецессия в пространстве, и созданное взрывом движение в эквивалентном пространстве направлены наружу, ни один из компонентов движения квазара не создает синего смещения.
Вопрос интерпретации красных смещений стал живым источником полемики еще с первого открытия квазаров. Обе альтернативы, доступные в пределах ограничений традиционной астрономической теории, сталкиваются с серьезными трудностями. Если красное смещение принимается как обычный эффект Доплера за счет галактической рецессии, установленные расстояния настолько огромны, что другие свойства квазаров, особенно испускание энергии, непостижимы. С другой стороны, если красное смещение возникает не за счет или не полностью за счет скорости рецессии, нынешняя теория не имеет надежной гипотезы о механизме, посредством которого оно создается. Как сейчас обстоят дела, вопрос не в том, какая из двух альтернатив корректна, а в том, какой из двух ныне доступных ненадежных альтернатив следует отдавать предпочтение в данное время.
На эту тему трудно получить веское свидетельство. Аргументы в пользу той или иной версии в основном базируются на видимой связи между квазарами и другими объектами. Связи с похожими красными смещениями предлагаются в качестве свидетельства либо в поддержку простого Доплеровского смещения, либо в поддержку “космологической” гипотезы. Оппоненты сталкиваются с тем, что представляется связями между объектами, чьи красные смещения различны, – свидетельство, которое они трактуют как работу двух разных процессов. Каждая группа считает доводы оппонентов ложными.
Очевидно, то или иное свидетельство, поддерживающее обе стороны конфликта, проблему не решит. Прежде, чем из наблюдения можно будет прийти к какому-то твердому выводу, требуется нечто большее, чем просто существование чего-то, что может служить связью между астрономическими объектами. В следующей главе мы будем исследовать единственный известный ныне случай, благодаря которому доступна дополнительная информация, достаточная для того, чтобы прийти к убедительным выводам.
Предпринимались попытки заручиться поддержкой космологической гипотезы о существовании поглощения красных смещений, мысли, что поглощение может иметь место в облаке материи, существующем где-то на линии видения, но такая идея никогда не имела особого успеха, поскольку все яснее и яснее становилось, что поглощение красного смещения присуще именно квазарам. Корреляция красного смещения с наблюдаемой яркостью тоже призывала к предоставлению эмпирической основы ныне популярной гипотезе. Например, результаты сравнения Бакела и Хиллса суммировались в новостном сообщении так: “Просто дело в том, что, в общем и целом, квазары с большими красными смещениями выглядят тусклее, чем квазары с небольшими красными смещениями, чего и следовало ожидать, поскольку они находятся дальше”.[229] Это надежное свидетельство против “локальной” гипотезы, допускающей, что квазары испущены из нашей или близлежащей галактики, но оно не благоволит космологической гипотезе, пребывающей под натиском современной критики, которая просто утверждает, что кроме компонента, связанного с обычной рецессией, имеется второй компонент наблюдаемого красного смещения.
Обретающая растущую популярность за последние годы, космологическая гипотеза получила некоторую поддержку – обнаружение, что многие квазары окружены наблюдаемым “пухом”. Это интерпретируется как свидетельство того, что квазары являются просто активными ядрами сильно нарушенных галактик, подобных галактикам Сейферта, но еще более нарушенным, скажем, сверх Сейфертами. Однако выводы такого рода, которые приветствуются исследователями, поскольку поддерживают ныне популярные теории, обычно не выдерживают критики, относящейся к менее удачливым гипотезам. Если мы посмотрим на этот вывод не через розовые очки, мы заметим следующие положения: (1) “Пух” можно ожидать вокруг многих квазаров и без любой обычной галактики. Его наличие демонстрируется поглощением красных смещений. (2) В свете существования очень ярких квазаров, большая, если не наибольшая, часть оптического излучения из “пуха” отражает свет. (3) Свойства квазаров являются не просто более крайними проявлениями свойств Сейфертов, во многих отношениях они совсем другие. (4) Даже если аргумент “пуха” обоснован, он не решает ключевой проблемы космологической гипотезы: неспособности объяснить огромный выход энергии. Следовательно, он не меняет существенного элемента ситуации.
Большинство астрономов принимает космологическую гипотезу, не из-за убедительности свидетельства, а потому, что они не знают механизма, посредством которого создается второй компонент красного смещения, и не желают признавать существование неизвестного механизма. Это вынуждает их искать новый механизм, посредством которого энергию можно создавать в количествах, намного превышающих не только способности любого известного процесса генерирования энергии, но и всю энергию, имеющуюся в любом известном источнике. И почему предпочитаемую альтернативу так трудно понять? В любом случае, следует найти что-то новое, но объяснение процесса генерирования должно также распространяться на множество известных процессов создания энергии. Чтобы удовлетворить этому требованию, выдвигались некоторые гипотезы искусственной природы, но как отмечали Джастроу и Томпсон:
“Эти идеи (об энергии квазаров) не поддерживаются свидетельством наблюдения. Они – не более чем отчаянные усилия астронома взять единственные самые светящиеся объекты, который он когда-либо находил, и расширить их размер и массу на миллионы или больше, без какой-либо веской теоретической причины это делать”.[230]
В любом событии, применение теории вселенной движения к данной ситуации устраняет необходимость в любом новом виде механизма, поскольку определяет второй компонент красного смещения как еще одно Доплеровское смещение, создаваемое таким же образом, что и обычное красное смещении рецессии, и представляющее собой скалярное прибавление к обычному смещению.
Как и в случае с пульсарами, обсужденном в главе 17, квазар остается отдельным объектом в пространственной системе отсчета до тех пор, пока не достигает границы двух единиц материального сектора. Но имеется и важное отличие. Гравитационное замедление пульсара остатками звезды, из которой он возник, относительно мало. На более поздней стадии существования пульсар может замедляться до некоторой степени за счет комбинированного влияния других звезд в окружении, но он никогда не подвергается сильному влиянию гравитации. В результате он достигает границы сектора и относительно быстро преобразуется в движение во времени. Поэтому это (астрономически говоря) короткоживущий объект. С другой стороны, квазар с самого начала подвергается действию сил гравитации всей галактики, где-то около 1,012 солнечных масс. Следовательно, он ускоряется медленно и появляется как видимый объект в пространстве на продолжительный период времени, пока преодолевается гравитационное притяжение.
Если в период видимой жизни квазар не разрушается интенсивной внутренней активностью, он, в конце концов, исчезает при достижении точки конверсии в космический статус. Как мы видели в главе 15, красное смещение взрыва 3.5z½ в этот момент равно 2,00. Соответствующее красное смещение рецессии составляет 0,3265, а общее красное смещение квазара – 2,3265. (В предстоящем обсуждении последняя цифра будет опущена, поскольку измерения красного смещения сейчас выполняются не более, чем четырьмя значимыми цифрами.) Здесь движение в пространстве преобразуется в движение во времени. Альтернатива, которая может возобладать при надлежащих условиях, будет обсуждаться в главе 23.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 160; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!