Процессы, создающие излучение 12 страница
Определение эволюционного статуса квазаров посредством цвета и радио потока (или расстояния) позволяет пользоваться данными в связи с другими наблюдаемыми характеристиками квазаров для проверки теоретических выводов относительно разницы между классами и между более ранними и более поздними членами каждого класса. Мы не смогли бы это сделать, если бы данные характеристики входили в критерии, посредством которых определяются классы. Например, из теоретических предпосылок мы вывели, что поглощение, создающее линии поглощения красного смещения в спектрах квазаров, имеет место в облаках материала, ускоренного до высоких инверсных скоростей внутренними взрывами сверхновых в этих объектах. Следовательно, никакого поглощения не происходит до тех пор, пока взрывы происходят в достаточно крупном масштабе. Как отмечалось раньше, такое состояние не достигается до тех пор, пока квазар не оказывается в стадии радио покоя, в то время как из природы требований для создания множественных систем поглощения красных смещений видно, что множественность не возникает до тех пор, пока не достигается еще более высокий уровень активности. На основании данного эволюционного паттерна можно вывести следующие правила в связи с возникновением поглощения красных смещений:
Таблица Х
Классы квазаров
| Класс | U-B (отрицательные величины) | B-V (положительные величины) | Радио поток | |
| I ранний | Ниже 0,59 | Ниже 6,0 | ||
| I поздний | Выше 0,59 | Ниже 0,15 | Ниже 6,0 | |
| II ранний | Выше 0,59 | Выше 0,15 | Ниже 6,0 | |
| II поздний | Выше 0,59 | Выше 6,0 |
|
|
|
1. Квазары класса I не имеют поглощения красных смещений.
2. Поглощение красных смещений, приближающееся к величинам испускания, возможно в большей части радио спокойного региона и у класса II радио испускающих квазаров.
3. Поглощение красных смещений, отличающееся от величин испускания более, чем на количество, приписанное случайному движению, возможно только у квазаров класса II и относительно старых радио спокойных квазаров.
Проверка 29-ти квазаров с поглощением красных смещений, перечисленных в подборке 1972 года Бербиджа и О'Делла,[242] указывает на то, что все эти объекты пребывают в соответствии с вышеприведенными правилами, когда задача классификации выполняется на определенной основе. Тогда у нас имеется значимое подтверждение теоретического описания условий, при которых имеет место поглощение красных смещений.
Как уже отмечалось, для разделения двух классов радио испускающих квазаров только на основании цвета, без рассмотрения величины радио испускания, следует провести дальнейшее исследование. Как указано на рисунке 28, который является комбинацией рисунка 26 и рисунка 27, где радио поток заменяется индексом B-V, это почти достигается посредством результирующей двухцветной диаграммы. На разделяющей линии с индексом B-V 0,15 имеется некоторая неопределенность и лишь один отклоняющийся от нормы объект 3С 280.1, B-V индекс которого составляет 0,13, хотя его красное смещение превышает предел класса I. Помимо этого, два класса квазаров располагаются в отдельных частях диаграммы, как на рисунках 26 и 27. Отклонение 3С 280.1 от нормального диапазона индексов B-V, возможно, обуславливается той же причиной, что и отклонение этого квазара от обычного радио паттерна, показанного в Таблице VII в главе 22.
|
|
|
До этого момента мы рассматривали колор-индексы и радио поток как средства различения разных классов квазаров. Сейчас нам захочется исследовать значимость изменений, которые имеют место в этих количествах в период эволюции квазаров. Величины всех рассматриваемых свойств подвергаются эволюционным изменениям. Поэтому любая из них может служить указателем на возраст квазара. Однако очевидно, что самыми лучшими указателями являются свойства, наиболее постоянно меняющиеся со временем, и на этом основании мы можем рассматривать радио поток на рисунках 26 и 27 как указывающий на возраст квазара. Следовательно, диаграммы демонстрируют, как меняется с возрастом (абсолютный радио поток) температура (U-B) квазара. Сейчас мы находим, что индекс B-V следует приблизительно той же тенденции, что и радио поток. Это означает, что индекс тоже является указателем возраста и может заменить радио поток на диаграммах.
|
|
|
Индексы U-B самых ранних квазаров класса I попадают в диапазон с приблизительно -0,40 до -0,59. В качестве указателя на возраст квазаров индекс движется почти горизонтально до B-V = +0,15, а затем резко опускается вниз на диаграмме (в сторону более отрицательных величин) при достижении зоны радио спокойствия. Индекс B-V самых ранних квазаров класса I в исследуемой подборке равен 0,60. Он уменьшается с возрастом квазара, достигая положительных или отрицательных величин вблизи нуля на границе радио покоя. Индексы U-B квазаров класса II ранжируются с -0,59 до примерно -1,00, без видимого систематического изменения. Соответствующие индексы B-V у большинства квазаров класса II с относительно низкими красными смещениями (ниже 0,75) пребывают по соседству с +0,20. За пределами 0,750 индексы увеличиваются, и максимальные величины 0,60 или 0,70 достигаются вблизи расстояния 1,00. За пиком следует уменьшение до уровня, при котором большинство величин сопоставимо с величинами ранних членов этого класса.
|
|
|
Хотя реальные математические соотношения между внутренней активностью квазаров и их колор-индексами еще не исследованы в свете теории Обратной Системы, эволюционный паттерн, которому следуют величины этих индексов, как описано в предыдущем параграфе, демонстрирует определенную качественную корреляцию с изменениями, теоретически имеющими место в генерировании и рассеивании энергии. У квазаров класса I исходная энергия велика, но она постепенно слабеет, поскольку в распоряжении данных объектов отсутствует непрерывный источник больших количеств энергии. Оба колор-индекса отвечают на подобное изменение движением в направлении более отрицательных величин в соответствии с возрастом квазаров. У квазаров класса II первичная активность развивается медленно, поскольку они возникают в результате многих мелких событий, а не одного крупного события. Поэтому квазары класса II не достигают высоких температур, характерных для ранних объектов класса I.
Самые низкие (самые менее отрицательные) величины U-B у квазаров класса II пребывают по соседству от разделяющей линии -0,59, и полный диапазон расширяется до приблизительно -1,00. Пять радио спокойных квазаров в таблицах Бербиджей, для которых приведены индексы, имеют индексы U-B в диапазоне от -0,78 до -0,90. Отсюда следует, что лишь квазары с индексами U-B между -0,75 и -0,59 могут рассматриваться как имеющие температурное приращение за счет вторичных взрывов. Но даже в этой группе, включающей около 40% общего количества квазаров класса II, приращение небольшое. У объектов класса II отсутствует систематическое изменение с возрастом в индексах U-B. Это понятно на основе вывода, что индекс связан с температурой, поскольку температурные изменения у квазаров класса II происходят за счет событий, имеющих место в любое время в период стадии существования квазаров класса II.
Предварительно описанный паттерн величин индекса B-V указывает на то, что процессы, определяющие величину индекса, увеличиваются в силе на стадии класса II. Конкретная природа процессов еще не установлена, но, по-видимому, они являются аспектами движения составляющих квазара. Поэтому сейчас в связи с ними мы можем пользоваться лишь общим термином “внутренняя активность”. По мере увеличения расстояния до квазара, средний возраст наблюдаемых квазаров растет, ввиду того, что диапазон возраста непрерывно расширяется. Увеличение возраста сопровождается соответствующим увеличением внутренней активности, и ниже расстояния квазара 1,00 увеличением индекса B-V. Как уже упоминалось, за пределами расстояния 1,00 индекс увеличивается, возможно, из-за уменьшения интенсивности внутренней активности за счет пространственного распределения разных свойств квазаров, происходящего в этом диапазоне расстояния.
Ввиду того, что концентрация энергетического материала внутри гигантской сфероидальной галактики, из которой выбрасывается квазар, увеличивается постепенно на протяжении длительного промежутка времени, перегруппировки изотопов, происходящие в материале в период выброса – это довольно длительный процесс. Поэтому уменьшение радио испускания и “внутренней активности” на ранней стадии квазара должно быть постепенным. С другой стороны, взрыв повышает температуру до очень высокого уровня, и можно ожидать очень резкого первичного падения. Таким образом, мы бы ожидали, что ранняя стадия класса I начинается с уменьшения по экспоненте индекса U-B (температуры) как функции индекса B-V (возраст). Но, как указывает рисунок 28, это совсем не так. На ранней стадии класса I происходит небольшое уменьшение индекса U-B. Тогда давайте посмотрим, что мы можем предложить для рассмотрения наблюдаемой ситуации.
Одна очевидная возможность такова: быстрому понижению температуры предшествует самая ранняя стадия квазара. На этом основании, температура вновь выброшенных галактических фрагментов быстро падает до определенного уровня, который мы можем определить как уровень самых ранних квазаров класса I (U-B = -0,40 + 0,10). Она остается на этом уровне приблизительно до B-V = +0,15, а затем продолжает быстрое падение до минимального уровня приблизительно 1,00. На первый взгляд, это может показаться еще одной комбинацией 10% фактов и 90% умозаключений, которая так обычна в относительно неизведанных сферах физики и астрономии. Однако она реально присутствует у класса объектов, не определенных как квазары, занимающие положение на диаграмме U-B против B-V, в котором теоретически группа очень ранних квазаров была бы исключена, если вышеприведенное объяснение природы раннего эволюционного паттерна верно.
Подобно квазарам, эти объекты являются необычно маленькими, но очень мощными внегалактическими телами. Впервые их существование осознали тогда, когда открыли, что излучение от “переменной звезды” BL Ласерте обладает весьма специфическими свойствами. С тех пор обнаружено несколько дюжин подобных объектов. Поскольку в некоторых отношениях их свойства уникальны, их поместили в новую астрономическую категорию. Однако по поводу названия данных объектов ведутся споры. Как сейчас обстоят дела, у нас есть выбор между объектами BL Лас, ласертиды и ласерте. В последующем обсуждении будет использоваться термин ласерте.
Большая часть разницы между ласерте и квазарами - просто вопросы степени, чего и следовало ожидать, если ласерте являются очень молодыми квазарами. Например, связь с гигантскими галактиками намного сильнее, чем в случае с квазарами. Джозеф С Миллер описывает результаты недавнего (1981 года) исследования, в котором ласерте и квазары изучались следующим образом:
“Мы приходим к выводу, что данные соответствуют всем BL Лас объектам, расположенным в гигантских светящихся эллиптических галактиках. В ходе изучения для любого из квазаров не были окончательно определены никакие компоненты галактики”.[243]
Наблюдения совпадают со статусом ласерте как продуктов пре-квазарного взрыва. Согласно терминологии данной работы, наблюдаемые галактики являются гигантскими сфероидами, из которых выброшены эти объекты. Весьма вероятно, что родительские галактики наблюдаются тогда, когда продукты взрыва еще пребывают на стадии ласерте, за которой сразу же следует выброс, поскольку у продуктов не было достаточно времени, чтобы уйти очень далеко. К тому времени, когда достигается стадия квазара, выброшенный фрагмент ушел далеко от галактики происхождения, и связь между двумя не обязательно очевидна.
Все известные ласерте являются радио источниками, в то время как многие, возможно, большинство квазаров радио спокойны. Здесь, вновь, разница объяснима, если мы принимаем вывод, что ласерте являются первичными продуктами галактических взрывов; то есть, они пребывают на стадии после интенсивного выброса. Данный вывод подкрепляется наблюдением, что “объекты типа BL Лас очень тесно связаны с крайне переменными квазарами типа 3С 279 и 3С 345 (два квазара раннего класса I)”.[244] Тогда причина отсутствия радио спокойных ласерте очевидна. Интенсивная внутренняя активность, создающая излучение на радиочастотах, продолжается на стадиях ласерте и ранних объектах класса I.
Обнаружилось, что яркие ласерте не связаны с протяженными радио источниками,[245] в то время, как большинство квазаров ранних классов демонстрируют такую связь. И здесь, вновь, объяснение – крайняя молодость. У протяженных источников просто нет времени для развития.
Излучение из ласерте включает оптический, радио и инфракрасный компоненты; все они ожидаются от молодых продуктов взрыва, движущихся в верхнем диапазоне скоростей. Не обнаружено никакого рентгеновского излучения. Это тоже совпадает с теоретическим эволюционным статусом ласерте. Как мы уже видели в случае сверхновых, у очень молодых продуктов взрыва нет рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи испускают объекты, теряющие энергию после ускорения до уровней верхнего диапазона скоростей. К тому времени, когда выброшенный объект достигает стадии квазара, имеет место потеря энергии, и начинается производство рентгеновских лучей.
Явная картина связи между лесерте и квазарами обеспечивается соответствующими цветами. Чтобы проиллюстрировать это положение, к рисунку 28 добавлены цвета репрезентативной группы ласерте,[246] и на рисунке 29 показана увеличенная диаграмма. Предельно ясно, положения ласерте на этой двухцветной диаграмме полностью соответствуют теоретическому выводу, что данные объекты являются первичными продуктами галактических взрывов и предшествуют ранним квазарам класса I в эволюционном развитии выбросов в результате взрывов. За исключением нескольких объектов, проникших в регион класса II диаграммы, эволюционный путь ласерте присоединяется к эволюционному пути квазаров класса I посредством плавного перехода, и на основе развитой нами теории их совместный путь следует паттерну, которого, как объяснялось выше, и следовало ожидать от продуктов галактического взрыва на ранних стадиях.
Осталось исследовать еще одну отличительную характеристику ласерте.
Самой интригующей разницей между квазарами и ласерте является то, что в спектрах квазары обладают сильными линиями эмиссии, отсутствующими у ласерте. Причина этого еще не понята.[247]
Но она легко объясняется на основе теоретического описания условий сразу же после выброса. С принципом, играющим самую важную роль в этой ситуации, мы неоднократно сталкивались в связи с другими феноменами, обсужденными на предыдущих страницах. И это одно из тех положений, которые чужды существующей физической мысли, что может стать источником концептуальной трудности для многих читателей. Следовательно, в данный момент уместно более детальное обсуждение, где относящееся к делу наблюдаемое свидетельство более исчерпывающее, чем в ранее рассмотренных применениях.
По уже установленным причинам, радиоактивность и сопровождающее испускание излучения на радиочастотах медленно уменьшаются на всех стадиях квазаров класса I. Уменьшение демонстрируется на рисунке 30. Здесь абсолютное радио испускание изображено против колор-индексов U-B (указателя температуры) пошагово 0,02 индекса. Такая процедура привела к неким усредненным величинам двух или трех отдельных испусканий, тем самым в некоторой степени сглаживая результирующую кривую. Точки в круге указывают на средние величины. Просто круги – не усредненные величины. Как и следовало ожидать из природы процесса радио испускания, имеется несколько широко отклоняющихся величин, но общая тенденция ясно представлена линией, такой, как линия на диаграмме, подтверждающая теоретические ожидания.
Оптическая ситуация более сложная, поскольку скорости звездных компонентов, которые не создаются обретением части энергии взрыва, намного ниже, чем скорости частиц газа и пыли, обеспеченные изначальной энергией взрыва. Поэтому в период эволюции квазаров звездные компоненты квазаров класса I возвращаются к диапазону скорости ниже единицы. Влияние на оптическое испускание показано на рисунке 31, похожем на рисунок 30, но радио испускания заменены абсолютными оптическими светимостями. (Методы вычисления абсолютных величин оптических и радио испусканий будут объясняться в главе 25.) Здесь мы видим, что светимость остается почти постоянной в начальном диапазоне, вплоть приблизительно до U-B = -0,50. Затем начинается быстрый подъем до -0,59. В этой точке испускание падает наполовину. На последующей поздней стадии класса I происходит умеренно быстрое понижение до уровня ниже -0,05 в точке входа в радио спокойную зону.
Поскольку скорости звездных компонентов, изначально ответственные за величину оптической светимости, пребывают в тех же состояниях, что и относящиеся к радио испусканию (то есть, постепенное затухание влияний выбросов), при первом рассмотрении пик кривой светимости становится сюрпризом. Но, по существу, вовлечены два разных процесса. Перегруппировки изотопов, создающие радиоизлучения, постепенно уменьшают интенсивность, поскольку все больше и больше их завершается. Оптическое излучение – функция температуры; то есть, скоростей составляющих частиц. В диапазоне низких скоростей, с которым мы знакомы, скорость испускания радиоизлучения растет с увеличением скорости компонентов (температурой). Могло бы показаться, что дальнейшее увеличение скорости приведет к еще большей скорости испускания. Но во вселенной движения на уровне единицы направления переворачиваются. Следовательно, факторы, вынуждающие излучение увеличиваться по мере того, как скорости компонентов достигают единицы с более низких уровней, работают и на увеличение излучения, когда единица скорости достигается с более высоких уровней. Отсюда следует, что при единице скорости излучение максимально и уменьшается в обоих направлениях.
Применяя этот принцип к квазарам класса I, мы видим, что на диапазоне U-B -0,45 скорости компонентов почти постоянны, пока они медленно достигают максимума и затем начинают уменьшаться. Далее непрерывные потери излучения без сопоставимых возмещений ускоряют скорость уменьшения, достигая максимума на уровне единицы скорости. На протяжении этого интервала, хотя скорости еще выше единицы, уменьшение скоростей приводит к увеличению скорости испускания и достигает пика на единице скорости. Как указывает диаграмма, пик совпадает с линией разделения между классами I и II при U-B = -0,59. Выше этой точки скорость падает в диапазон ниже единицы, диапазон, в котором уменьшение температуры ведет к уменьшению излучения. Подобно гравитации, процесс излучения работает в двух активных измерениях промежуточного региона. Поэтому на уровне единицы скорости половина излучения исчезает.
Отсутствие линий испускания в спектрах ласерте – еще один результат паттерна излучения. Сразу же после взрыва скорости газообразного компонента продуктов взрыва очень высоки, возможно, ближе к уровню двух единиц. Как говорилось в главе 15, это нуль для движения во времени. При такой температуре, физическое состояние совокупности похоже на состояние совокупности при температуре около нуля при движении в пространстве. Тогда объяснение отсутствия линий испускания таково: температуры газов в ласерте слишком высоки, чтобы создавать линейный спектр. При таких крайне высоких температурах (низкие инверсные температуры) совокупность пребывает в состоянии во времени, аналогичном твердой структуре в пространстве и подобно последней излучает с непрерывным спектром. Это еще один пример того же феномена, который мы рассматривали в главе 16 в связи с континуумом испускания из Крабовидной туманности. К моменту достижения стадии квазара температура падает достаточно для того, чтобы придать совокупности обычные характеристики газа, включая линейный спектр.
Дата добавления: 2018-09-20; просмотров: 144; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!