Процессы, создающие излучение 11 страница
Причина разницы в поведении между двумя классами квазаров в том, что вовлечены два разных процесса. Прекращение деятельности квазара в пространственной системе отсчета происходит из-за возраста. Когда огромное количество звезд, составляющих быстродвижущийся фрагмент галактики, который мы называем квазаром, достигло предела возраста материи и индивидуально дезинтегрировалось, квазар как таковой прекращает существовать независимо от того, где он может оказаться в то время. С другой стороны, исчезновение квазара на границе сектора, точка, в которой он начинает движение в реальном времени, – вопрос скорости и соответственно расстояния. Квазар, возникший в отдаленном месте, начинает двигаться наружу во времени из своего местонахождения, когда результирующая общая скорость взрыва относительно нашей галактики, включая компонент за счет нашего расстояния от места возникновения квазара, достигает уровня двух единиц. Однако переход из гравитации в пространстве к гравитации во времени не имеет места до тех пор, пока скорость самого взрыва не составляет две единицы. Пока не произойдет гравитационный переход, квазар, покидающий поле зрения по причине ограничения сектора, еще наблюдаем в нашем расположении ближе точке возникновения.
Обычно для доведения значительного числа звезд квазаров до предела возраста, запускающего взрывную активность, требуется долгий период времени. Соответственно, поглощение красных смещений, отличающееся от величин испускания, не появляется до тех пор, пока квазар не достигнет диапазона красного смещения выше 1,75. Однако из природы процесса ясно, что у этого общего правила имеются исключения. Внешние недавно наращенные части галактики происхождения, в основном, состоят из более молодых звезд, но особые условия в процессе роста галактики, такие, как относительно недавнее соединение с другой крупной совокупностью, могут вводить концентрацию более старых звезд в часть структуры галактики, выброшенной в результате взрыва. Затем более старые звезды достигает пределов возраста, и инициируют цепь событий, создающих поглощение красных смещений на стадии жизни квазара раньше, чем обычно. Однако не похоже на то, что число старых звезд, включенных в любой вновь испущенный квазар, достаточно большое, чтобы создавать внутреннюю активность, приведшую к системе интенсивного поглощения красного смещения.
|
|
|
В более высоком диапазоне красного смещения в ситуацию входит новый фактор; он ускоряет тенденцию к большему поглощению красных смещений. Чтобы в пылевые и газовые компоненты квазара ввести приращения скорости, необходимые для запуска системы поглощения, обычно требуется значительная интенсивность взрывной активности. Однако за пределами двух единиц скорости взрыва такое ограничение отсутствует. Здесь диффузные компоненты подвергаются влияниям условий космического сектора, которые имеют тенденцию уменьшать инверсную скорость (эквивалент увеличения скорости), создавая дополнительное поглощение красных смещений в ходе обычной эволюции квазара, без необходимости в дальнейшей генерации энергии в квазаре. Следовательно, выше этого уровня “все квазары демонстрируют сильные линии поглощения”. Стритматтер и Уильямс, из сообщения которых взято вышеприведенное утверждение, продолжают говорить:
|
|
|
“Все выглядит так, как будто имеется порог для присутствия поглощенного материала в испускании красных смещений около 2,2”.[240]
Этот эмпирический вывод согласуется с нашим теоретическим открытием, что при красном смещении 2,326 имеется определенная граница сектора.
В дополнение к поглощению красных смещений в оптических спектрах, к которому относится вышеприведенное обсуждение, поглощение красных смещений обнаруживается и на радиочастотах. Первое подобное открытие в излучении из квазара 3С 286 вызвало значительный интерес из-за довольно распространенного впечатления, что для объяснения поглощения радио частот требуется объяснение, отличное от объяснения поглощения оптических частот. Первые исследователи пришли к выводу, что красное смещение радиочастот возникает за счет поглощения нейтрального водорода в некоторых галактиках, находящихся между нами и квазаром. Поскольку в таком случае поглощение красного смещения составляет около 80%, они рассматривали наблюдения как свидетельство в пользу космологической гипотезы красного смещения. На основании теории вселенной движения, радио наблюдения не вносят ничего нового. Процесс поглощения, работающий в квазарах, применим к излучению всех частот. И наличие поглощения красного смещения на радиочастоте имеет ту же значимость, что и наличие поглощения красного смещения на оптической частоте. Измеренные красные смещения радиочастот у 3С 286 при испускании и поглощении составляют порядка 0,85 и 0, 69 соответственно. При коэффициенте красного смещения 2,75, теоретическое поглощение красного смещения, соответствующее величине испускания 0,85, равно 0,68.
|
|
|
Глава 24
Эволюция квазаров
|
|
|
На основании теоретических открытий, очерченных на предыдущих страницах, активность по перегруппировке изотопов в испущенном фрагменте взрывающейся галактики, составляющем квазар, пребывает на высоком уровне в начальной стадии, следующей за взрывом. Соответственно, сильно и радиоизлучение. С течением времени внутренняя активность постепенно ослабевает и, в конце концов, радио испускание прекращается или, по крайней мере, опускается до не наблюдаемых уровней. Такая радио спокойная стадия подходит к концу, когда составляющие квазар звезды в значительном количестве начинают достигать предела возраста. Врывы таких звезд вновь запускают активность перегруппировки изотопов. Затем восстанавливается и радио испускание.
Самые удаленные обнаруженные квазары принадлежат классу радио испускающих квазаров, пребывающих на стадии радио молчания, как мы его называем, классу II. Однако ниже красного смещения около 1,00, имеются представители обоих классов. И чтобы отличить их друг от друга, необходимо выявить свойства, посредством которых определяется постоянное различие между величинами, применимыми к двум классам объектов. Такую демаркационную линию следовало бы вывести из чистой теории, но в настоящий момент мы будем полагаться на полуэмпирические различия. Например, можно ожидать, что эволюция квазаров, начиная с ранних стадий и кончая последними стадиями, будет сопровождаться изменениями цвета. Для нынешних целей было бы существенно определение конкретных специфических цветовых характеристик, систематически меняющихся в зависимости от возраста квазара. Исчерпывающее объяснение причины наблюдаемых различий можно было бы оставить для будущего исследования.
Как отмечалось раньше, цвета астрономических объектов обычно выражаются в терминах колор-индекса. В настоящее время в основном нас будет интересовать индекс U-B – разница между величиной, измеренной посредством ультрафиолетового фильтра, и величиной, измеренной посредством синего фильтра. Позже мы введем индекс B-V, колор-индекс, которым мы пользуемся, когда имеем дело с излучением от звезд. Индекс B-V – это разница между величиной, измеренной посредством синего фильтра, и визуальной или фотографической величиной, полученной посредством желтого фильтра. Эмпирические данные указывают на то, что у квазаров индекс U-B – это грубое указание на температуру. У звезд главной последовательности индекс U-B положительный, то есть, больше энергии приходит в синем диапазоне. (Следует помнить, что масштаб величины инверсный.) Также этот индекс положительный у обычных галактик, состоящих в основном из таких звезд. Из-за инверсии, имеющей место при превышении скорости света, теоретическое развитие указывает, что у квазаров цветовая тенденция должна быть инверсной, а индекс U-B отрицательным, указывая на то, что больше энергии приходит в ультрафиолетовом диапазоне. Все величины U-B, приведенные в этой главе, – отрицательные и должны пониматься именно так.
Количество квазаров с доступными объективными полными измерениями исчисляется сотнями, и нереально анализировать все эти данные в труде общей природы. Поэтому наше исследование будет ограничено репрезентативной выборкой. Группа квазаров, исследованная в книге Квазары и пульсары, – это одна из групп, данные красных смещений и цвета которых сведены в таблицу М. и Г. Бербиджами в их книге Квази звездные объекты.[241] Таблица включает все квазары, данные о которых доступны на момент публикации. Поэтому она свободна от влияния выбора, за исключением того, что склоняется в пользу объектов, самых доступных наблюдениям. Не требуется никаких значимых модификаций выводов, полученных из оригинального изучения. Нижеприведенное обсуждение будет основываться на более ранней публикации с дополнением результатов некоторых последующих исследований, в основном той же группы объектов, приведенных в Таблице 3.1 в книге Бербиджей.
Колор-индексы определяются внутренней активностью (температурами, наряду с перегруппировками изотопов и их следствиями) внутри квазаров. Следовательно, паттерн изменения в период эволюции квазаров должен оцениваться чисто на теоретической основе. Подобный проект превышает масштаб данной работы, но общая природа изменений, происходящих в индексах, выведенная эмпирически, демонстрирует определенную качественную корреляцию с изменениями, которые теоретически происходят в генерировании и рассеивании энергии. Таким образом, мы можем установить кое-какие определяющие критерии для этих классов квазаров на полуэмпирической основе.
В оригинальном исследовании, опубликованном в книге Квазары и пульсары, разделение U-B установлено равным 0,60, и абсолютное отношение радио потока, измеренное на частоте 178 мгц, составляет 6,0. Все квазары с величинами U-B меньше 0,60 помещались в класс I. Квазары, имеющие более высокий показатель U-B, но абсолютное отношение радио потока ниже 6,0, обнаружили значимое сходство свойств с вышеприведенными квазарами и тоже причислены к классу I. Квазары с более высоким U-B и высоким абсолютным отношением радио потока образуют прерывистую группу с абсолютно другими свойствами, поэтому они объединены в класс II.
Рисунок 26 демонстрирует связь между U-B и абсолютным радио потоком квазаров класса I, перечисленных в таблице 3.1 Бербиджей, для которых имеется необходимая информация. По существу, эта диаграмма эквивалентна “двухцветной диаграмме” астрономов, за исключением того, что масштабы перевернуты, поскольку мы имеем дело с феноменами инверсного региона, региона промежуточных скоростей. Позже мы будем пользоваться двумя цветами, с радио потоком и без него. Было бы удобно определять классы квазаров на основе только цвета, и кое-какой прогресс в этом отношении будет сделан тогда, когда позже в этой главе будет введен индекс B-V. Но критерий цвета, способный недвусмысленно определять эти классы, еще не разработан.
Когда квазар впервые выбрасывается из галактики происхождения, его составляющие пребывают в состоянии крайней активности, и радио поток необычно высок. Лишь один из включенных в рассматриваемую группу квазаров еще пребывает на такой очень ранней стадии. Это квазар 3С 196, имеющий U-B 0,43 и абсолютный радио поток 4 х 0,3. Его красное смещение 0,871, из которого 0,054 является обычным компонентом рецессии. В данном труде для представления только обычного красного смещения рецессии используется символ z. Созданный взрывом компонент обычно равен 3,5z1/2, но подвергается модификации на коэффициент красного смещения 3,5, поэтому в дальнейшем он будет обозначаться q, а общее красное смещение квазара будет представлено символом Z. Тогда у нас имеется соотношение Z = z + q. Также нам захочется осознать, что компонент красного смещения q представляет эквивалентное расстояние (то есть, расстояние в пространственном эквиваленте времени), и мы будем называть его расстоянием квазара. Расстояние квазара 3С 196 составляет 0,817, что делает его одним из самых удаленных объектов класса I в таблице Бербиджей.
После первого рывка активности квазар до некоторой степени утихает, его можно найти в зоне, обозначенной как “ранняя” в верхнем левом углу рисунка 26. По мере дальнейшего роста активность падает еще больше, он движется вправо (к более низкому абсолютному радио потоку) и вниз (к более высокому U-B). Он проходит нулевую линию радио потока и входит в стадию радио спокойствия.
Данные таблицы демонстрируют, что в период подбора на расстояниях квазара более 0,900, не было обнаружено квазаров класса I, и никакие объекты этого класса, достаточно старые, чтобы иметь индексы U-B больше 0,60, не были обнаружены за пределами расстояния квазара приблизительно 0,700. Значимость этих цифр в том, что квазары с высоким абсолютным радио потоком и индексами U-B выше 0,60 (класс II) можно обнаружить за пределами расстояния квазара 0,700. Конечно, мы можем отследить их все до предела 2,00. Таким образом, ясно, что такие более удаленные объекты не пребывают в том же состоянии, в каком пребывали при начальном выбросе. Чтобы двигаться в диапазон, в котором они наблюдаются сейчас, эти удаленные квазары класса II должны подвергаться действию какого-то процесса, высвобождающего значительное количество дополнительной энергии излучения на радиочастотах.
Мы уже убедились в существовании такого процесса. Из-за длительного периода времени, на протяжении которого квазар движется наружу перед тем, как прибывает в место, где переходит в космический сектор, некоторые из составляющих его звезд достигают возраста, соответствующего пределу возраста. Затем происходят вторичные взрывы Типа II. Очевидно, это просто вид процесса, требующийся для объяснения появления радио испускающих квазаров класса II на расстояниях выше предела наблюдения объектов класса I. Следует заметить, что серии вторичных взрывов – это естественное продолжение изначального взрыва гигантской галактики. Изначальный взрыв происходит сразу же после того, как достаточное количество самых старых звезд в галактике достигает пределов возраста. Звезды в выбрасываем фрагменте, квазаре, моложе, но многие из них тоже довольно преклонного возраста, и после еще одного продолжительного промежутка времени некоторые из них обязательно достигают предела возраста.
Изначальные взрывы звезд происходили вне той части галактики, выброшенной как квазар; то есть, они имели место внутри гигантской галактики, фрагментом которой является квазар. Следовательно, радио испускание из квазара класса I – это, в основном, результат крайне сильного выброса. С другой стороны вторичные взрывы происходят в теле самого квазара, и испускание из квазаров класса II приходит прямо от взрывающихся звезд. Разница в происхождении отражается в соотношении между индексом U-B и радио потоком, позволяя нам пользоваться этим соотношением как способом различения двух классов. Рисунок 27 – это диаграмма U-B против абсолютного радио потока для квазаров класса II в таблице Бербиджей. Как можно видеть, точки, представляющие эти объекты, располагаются почти вне сектора диаграммы, занятого квазарами класса I. В данной диаграмме нет указания на то, что квазары класса II следуют любому виду эволюционного паттерна, но позже мы уделим внимание данному вопросу.
Квазар 3С 273 вызывает особый интерес. Согласно принятым критериям, это определенно квазар класса II, но его расстояние намного дальше от линии, на которой пребывают все другие известные объекты этого класса. Ни один квазар класса II в группе, которую мы сейчас исследуем, не имеет расстояния меньше 0,315, в то время как расстояние квазара 3С 273 составляет лишь 0,156. Обычно можно считать, что при измерении красного смещения объекта, заодно мы определяем его максимально возможный возраст, поскольку возраст не может быть больше времени, требующегося для ухода из настоящего расположения. На этом основании, мы бы интерпретировали низкое красное смещение 3С 273 как указание на то, что это обычный молодой квазар класса II. По-видимому, это так. В вышеприведенном обсуждении это указывало на то, что вторичные взрывы могли происходить относительно быстро после первичного выброса, ввиду того, что во время взрыва некоторые звезды во фрагменте галактики, выброшенные как квазар, уже могли пребывать вблизи предела возраста. Следовательно, вполне возможны очень молодые квазары класса II.
Но квазар 3С 273 не обязательно молодой. Он может быть намного старше, чем указывает расстояние 0,156, поскольку общее соотношение между красным смещением и возрастом не соблюдается так строго на очень коротких расстояниях, где величина возможного случайного движения сопоставима с величиной рецессии. Две галактики, разделенные расстоянием вблизи общего гравитационного предела, могут поддерживать разделение почти бесконечно, и ширина зоны, в которой относительное движение может быть небольшим или совсем никаким, значительно увеличивается, если имеется случайное движение с движущимся вовнутрь компонентом.
Отсюда, 3С 273, возможно, провел много времени вблизи нынешнего месторасположения относительно нашей галактики Млечный Путь и может быть таким же старым, как квазары с расстояниями около 0,300.
Ныне доступная информация наблюдений не адекватна для того, чтобы сделать выбор между двумя альтернативами. Но там, где у нас есть выбор между приписыванием необычной ситуации случайному совпадению, в результате которого объект относительно редкого типа расположен ближе к нам, и необычной характеристикой, которой, как мы знаем, обладает объект, предпочтение отдается последней в ожидании накопления дальнейшего свидетельства. Поэтому предварительно мы приходим к выводу, что квазар 3С 273, по крайней мере, такой же старый, как квазары класса II вблизи расстояния квазара 0,300.
Расположение 3С 273 на рисунке 27 определяется треугольником. Как видно из диаграммы, квазар пребывает среди более слабых радио эмиттеров в своем классе (хотя от него мы получаем большой радио поток, поскольку он ближе), но коль скоро рассматриваются его свойства, он – не аномальный и даже не пограничный случай. Поэтому его близость дает уникальную возможность наблюдать в относительно близком диапазоне члена класса объектов, которые в противном случае находились бы на огромных расстояниях.
Дальнейший опыт применения критерия U-B для различения классов квазаров показал, что он сомнителен в регионе высоких величин U-B и низкого радио испускания. Поэтому введение индекса B-V обеспечило подгонку критерия выбора. В регионе высоких (более отрицательных) величин U-B, расположении, в котором исходного критерия недостаточно, имеется несколько квазаров с низким радио испусканием, обладающих красными смещениями поглощения. Как говорилось в главе 23, это указатель на продвинутый возраст, который помещает их в класс II. Такие объекты имеют индексы U-B в верхней части полного диапазона величин, в то время как индексы квазаров с относительно низким красным смещением в этом регионе, которых можно было ожидать среди объектов класса I, попадают в нижнюю часть этого диапазона. Отсюда мы можем предварительно определить линию разделения при B-V = +0,15, и вместо того, чтобы относить все квазары с низким радио испусканием и высокими индексами U-B к классу I, мы помещаем членов этой группы с индексами B-V выше 0,15 в класс II. До тех пор, пока нам не удастся основывать критерии выбора на теоретической, а не на эмпирической основе, нам вряд ли стоит ожидать точности, но изменение в сторону двухцветной основы, бесспорно, приближает нас к правильной демаркационной линии. Пересмотренный паттерн колор-индекса для квазаров с расстояниями меньше 1,00 показан в Таблице X. В пересмотр входит изменение в границе классификации U-B от 0,60 до 0,59.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 160; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!