Світ Галактики. Квазари. Проблеми космології. Історія розвитку уявлень про Всесвіт. Походження й розвиток Всесвіту.

Лекція (2 години)

Тема: Світ Галактики. Квазари. Проблеми космології. Історія розвитку уявлень про Всесвіт. Походження й розвиток Всесвіту.

Мета:

навчальна: розглянути поняття квазарів, особливості галактик; сформувати уявлення учнів про походження й розвиток Всесвіту.

розвивальна: розвивати вміння учнів користуватися основними методами логічного мислення, робити висновки й узагальнення;

виховна:

виховувати інтерес до астрономії;   формувати  загальнокультурну компе-тентність, науковий світогляд.

.

План лекції

1. Малі тіла Сонячної системи: астероїди, комети, метеори.
2. Дослідження планет за допомогою космічних апаратів. 
3. Етапи формування нашої планетної системи.

Рекомендована література

1. Воронцов-Вельяминов Б. А. Астрономия: Учеб. для 11 кл. сред. шк. - 18-е изд. - М.: Просвещение, 1989. - 159 с., 1 л. карт,: ил.
2. Климишин І.А,, Крячко І.П. Астрономія: Підручник для 11 класу загальноосвітніх навчальних закладів. К.: Знання України, 2002.
3. Пришляк М.П. Астрономія: 11кл. підручник для загальноосвіт. навч. закл.: рівень стандарту, академічний рівень/М.П. Пришляк; за заг. ред.. Я.С.Яцківа. – Х.: Вид-во «Ранок», 2011. – 160с.: іл.

Історія відкриття квазарів.

Слово «квазар» було придумано як скорочення від «квази - зіркове
радіоджерело». «Квази - зірковий» означає «схожий на зірку, але не зірка». Зараз астрономи вважають, що квазари – це сама яскрава з різновидів активних галактичних ядер. Уперше квазари виявили в 1960 р. як радіоджерела, що збігаються в оптичному діапазоні зі слабкими зіркоподібними об'єктами.

Радіоастрономи удосконалювали свої методи точного визначення місцезнаходження радіоджерел. Радіоджерело 3С48 начебто збігалося з однією зіркою, не схожою ні на які інші: у її спектрі були присутні яскраві лінії, які не вдавалося співвіднести з жодним з відомих атомів. Потім, в 1962р., ще одна таємнича зірка збіглася з іншим радіоджерелом, 3С 273. Роком пізніше Мартен Шмідт із обсерваторії Маунт Паломар у Каліфорнії довів, що якщо цьому зіркоподібному об'єкту приписати зсув 16%, то його спектр збіжиться зі спектром газоподібного водню. Таке червоне зміщення велике навіть для більшості галактик. Об'єкт 3С 273 виявився не екзотичною зіркою із Чумацького Шляху, а чимсь зовсім іншим, що летить від нас зі швидкістю в 16% швидкості світла. Відстань до цього квазара становить близько 3 млрд. світлового років, а видимий блиск дорівнює 12,6m. Розмір 3С 273 не перевищує одного світлового року. Виявилося, що й інші зіркоподібні радіоджерела, такі як 3С 48, мають більші червоні зсуву. От це-те компактні об'єкти з більшим червоним зсувом, які на фотографіях нагадують зірки, і є квазари. 

Теорія тяжіння Ейнштейна затверджує, що світло, проходячи через сильне гравітаційне поле, викривляє свою траєкторію. Квазари демонструють нам цей ефект. Вони рідко виявляються на небі по сусідству один з одним. Але в 1979р. астрономи виявили пару ідентичних квазарів, розташованих дуже близько один до одного. Насправді це виявилися два зображення одного й того ж об'єкта, світло від якого було перекручене гравітаційною лінзою. Де на шляху світла, що йде від цього квазара, перебуває щось дуже щільне і масивне. Тяжіння цього об'єкта й розщеплює світло в подвійне зображення.

Уперше рентгенівське випромінювання від позагалактичного об'єкта було виявлено ще в 1971р. на першому спеціалізованому рентгенівському супутнику "Ухуру", що заклав основи сучасної рентгенівської астрономії. Цим об'єктом позначилася одна з найближчих радіогалактик NGC 4486. Іншим метагалактичним рентгенівським джерелом виявилася яскрава сейфертівська галактика NGC 4151. Не підлягає сумніву, що випромінює активне ядро цієї галактики.  Незабаром був виявлений слабкий потік рентгенівського випромінювання й від першого відкритого квазара 3С 273, а також від радіогалактики Лебідь-А. 

В 1982 році австралійськими астрономами був відкритий новий квазар, який одержав назву PKS 200-330, у якого виявився рекордний для того часу червоний зсув Z==3,78. Це означає, що спектральні лінії астрономічного об'єк-та, що віддаляється від нас, у результаті ефекту Доплера мають довжину хвилі, в 3,78рази перевищуючу значення нерухомого джерела світловипромінювання. Відстань до цього квазара, видимого в оптичний телескоп як зірка дев'ятнад-цятої величини, становить 12,8 млрд.св.років.

У другій половині 80-х р. було зафіксовано ще трохи найбільш віддале-них квазарів, величина червоного зсуву яких уже перевищує 4,0. Таким чином, радіосигнали, послані цими квазарами тоді, коли ще не була сформована наша Галактика, у тому числі Сонячна система, можна тільки сьогодні зареєструвати на землі. А переборюють ці промені величезну відстань більше 13 млрд.св.років. Ці наступні один за одним астрономічні відкриття були зроблені в ході конкурентної наукової гонки австралійських астрономів з обсерваторії Сайдінг-Спрінг й їхніх американських колег з обсерваторії Маунт-Паломар у Каліфорнії. Сьогодні найвилучніший від нас об'єкт - квазар PC 1158+4635 із червоним зсувом, рівним 4,733. Відстань до нього становить 13,2 млрд. світлового років. Але от у тій же обсерваторії Маунт-Паломар за допомогою 5-метрового телескопа американські зоряні дослідники на чолі з відважним мисливцем за квазарами М. Шмідтом у вересні 1991р. остаточно підтвердили чутки про існування більш далекого від нас астрономічного об'єкта. Величина червоного зсуву рекордно далекого квазара під номером PC 1247+3406 становить 4,897. Здається, далі вже нікуди. Випромінювання цього квазара доходить до найвіддаленішої планети за час, майже рівний віку Всесвіту. Так що новий рекордсмен розташовується, якщо можна так виразитися, на самому краї неосяжної й нескінченної у своєму розширенні світобудови. 

Галактика. Сонце - одна зі ста п'ятдесяти мільярдів зірок, що утворюють гігантську зоряну систему - Галактику. (Назву нашої Галактики ми будемо писати з великої літери, всі інші - з малої). У Галактиці розрізняють плоску підсистему, що має вигляд диска з потовщенням посередині, і сферичну підсистему (гало), в яку цей диск занурений. Диск Галактики і її сферична підсистема містять приблизно однакову кількість зірок. Сонце знаходиться в галактичному диску й віддалене від його центра на 2/3 радіуса диска. Радіуси диска й сферичної підсистеми приблизно однакові й становлять близько 15 кілопарсеків (1парсек (пс) - це майже 3 світлових роки, або 3см; 1кілопарсек (кпс)=1000пс, 1 світловий рік - це відстань, яку світло проходить за один рік).

У диску Галактики, крім зірок, є міжзоряний газ і космічний пил, маса яких становить кілька відсотків від маси зірок. У сферичній підсистемі газу й пилу практично немає. Серед зірок диска є досить багато молодих зірок, тоді як у сферичній підсистемі таких зірок майже немає. Видимий ізсередини диск Галактики ми бачимо на небі у вигляді широкої смуги Молочного Шляху. Диск Галактики обертається як одне ціле. У тій частині, де знаходиться Сонце, лінійна швидкість обертання диска становить 220-250км/с. Зірки диска обертаються навколо центра по майже колових орбітах. У зірок сферичної підсистеми, які знаходяться недалеко від Сонця, швидкість обертання навколо центра Галактики разів у п'ять менша, ніж у зірок диска. Зірки сферичної підсистеми рухаються по витягнутих орбітах, їх швидкості - 200-300 км/с.

Значна частина зірок диска Галактики входить до складу різних груп. Не менше половини всіх зірок утворюють зоряні пари; великими утвореннями є розсіяні скупчення, що містять до 1000зірок, зв'язаних взаємним тяжінням. Наймолодші зірки диска разом із хмарами газу й пилу розташовуються широкими смугами - спіральними рукавами, що яскравими широкими дугами виходять із центральної частини Галактики.

Розподіл зірок у сферичній підсистемі більш-менш симетричний. Приблизно тисячна їх частина входить до складу великих скупчень, що містять до мільйона зірок і називаються кулястими скупченнями.

Зірки в обох підсистемах Галактики згущуються до центральної частини - її ядра, що виявляє себе як джерело підвищеного радіовипромінювання, а також випромінювання в інфрачервоних, рентгенівських і гама-променях. З ядра, очевидно, відбувається також витікання газу.

Світність Галактики, тобто повна енергія, яку випромінюють усі її зірки за одиницю часу, становить Вт, що в сто мільярдів разів більше, ніж світність Сонця. Сумарна маса зірок Галактики оцінюється величиною г, тобто становить сто мільярдів мас Сонця. Масу й світність Сонця як міру мас і світимостей зірок та зоряних систем широко використовують в астрофізиці.

Галактика має протяжну корону, що простягається на відстані, що в десятки разів перевищують розміри диска й сферичної підсистеми. Повна маса корони в кілька разів перевищує сумарну масу всіх зірок у Галактиці, але через великі розміри її густина невелика порівняно зі щільністю, яку створюють зірки й газово-пилові хмари.

Дослідження показали, що, крім видимих зірок, повинні існувати ще якісь інші маси, які створюють тяжіння й розподілені в набагато більшому об'ємі навколо галактик. Існує припущення, що саме в короні і розташовані ці "приховані" маси.

Майже всі галактики утворюють згущення у вигляді різних груп і скупчень, що нараховують від 3-4 до декількох тисяч компонентів. Наша Галактика разом з туманністю Андромеди і трьома десятками інших, не таких великих, галактик утворюють Місцеву групу галактик. Ця група, у свою чергу, входить до складу великого скупчення галактик із центром у напрямку сузір'я Діви. У центрі скупчення знаходиться дуже масивна еліптична галактика, що позначається як Діва А. Це скупчення, що нараховує близько тисячі галактик, називається Скупченням у Діві. Скупчення в Діві є ядром ще більшого утворення, яке називається Місцевим надскупченням. Крім Скупчення в Діві, до його складу входять ще кілька скупчень і груп галактик.

Місцеве надскупчення - це сплющена система з найбільшим поздовжнім розміром близько 1022м і поперечним розміром, меншим приблизно в 5 разів. У наш час відкривають й інші утворення, подібні до Місцевого надскупчення. Разом вони утворюють щось подібне до сітчастої структури. Уся видима частина Всесвіту називається Метагалактикою.

До 1934 року Хаббл підрахував кількість галактик до двадцятої зоряної величини й встановив, що на один квадратний градус у середньому припадає 131 галактика. Загальна кількість галактик становить більш як 5 мільйонів.

Хаббл дійшов висновку, що розподіл галактик у просторі в основному є однорідним. Більш детальний аналіз показав, що галактики, як і зірки, утворюють групи й скупчення, до складу яких входить від десятків до десятків тисяч членів. Одним з найбільших є скупчення галактик у сузір'ї Волосся Вероніки. Воно знаходиться на відстані 400 мільйонів світлових років від нас. У ньому, нараховується близько 20000 галактик.

Ієрархія космічних структур обривається на скупченнях і надскупченнях. Крупніших утворень у Метагалактиці поки що не виявлено. Підраховуючи кількість галактик у великих об'ємах, визначають середню густину речовини в них. Ця густина однакова по всьому об'єму - один атом водню на тридцять кубічних метрів (г/см³). Той факт, що густина однакова, свідчить про однорід-ність Всесвіту. Це одна з фундаментальних властивостей навколишнього світу.

Класифікація галактик

Згідно із сучасною класифікацією галактики поділяються на три типи:

1) еліптичні (E);

2) спіральні (S);

3) неправильні (Ir).

1. Еліптичні галактики на підгрупи не поділяються. Ніякої внутрішньої структури в цих галактиках не виявлено. Усі вони мають вигляд плям, що нагадують за формою винятково правильні еліпси, які відрізняються ступенем сплюснутості.

Порівняно недавно було виділено тип галактик SO, що займають проміжне положення між еліптичними Е і спіральними S. Вони мають сильно сплюснуте ядро - "лінзу" - й ледь помітний ореол, позбавлений слідів спіральної структури.

2. Спіральні галактики. Залежно від ступеня розвитку спіралей вони поділяються на підгрупи Sa, Sb, Sc. У галактик типу Sa основною частиною є ядро, тоді як спіралі виражені слабо. У галактик типу Sb спіралі розвинуті більше, а в галактиках типу Sc майже вся речовина зосереджена в спіральних рукавах, тоді як ядро виражене слабо. Знаменита туманність Андромеди - характерний представник цього класу.

3. Неправильні галактики. Вони не мають чітко вираженої регулярної структури {Магелланові Хмари).

Група співробітників Астрономічного інституту в складі Московського університету склала "Морфологічний каталог галактик" (МСУ), що містить опис 30000 галактик, які мають світність не менш як. Складено також Атлас взаємодіючих галактик. У результаті класифікація галактик за типами виглядає в наш час значно багатше, ніж порівняно недавно.

Обертання галактик. Те, що спіральні галактики обертаються, виявили ще в 1917 році В. Слайфер і Р. Кертіс. При цьому було встановлено, що ядро галактики обертається як тверде тіло")

Періоди обертання ядер галактик укладаються в часові проміжки від 50 до 500 мли років. Найшвидше обертаються галактики типу SO і Sa.

Дотепер астрономи не можуть дійти згоди, в якому напрямку обертаються спіральні галактики: чи вони закручуються (тобто спіралі відс-тають від обертання ядра), чи ж розкручуються.

Еліптичні галактики теж обертаються, але дуже повільно. Щодо неправильних галактик таких даних немає.

Ці три типи галактик (спіральні, еліптичні й неправильні) Хаббл й інші астрономи вивчали ше у двадцяті - тридцяті роки XX століття. З того часу з'явилися відомості і про галактики інших типів, які не узгоджуються з первісною класифікацією. Це, насамперед, галактики з активними ядрами й потужним радіовипромінюванням.

Одним з об'єктів такого класу є відкриті в шістдесяті роки квазари (квазізоряні радіоджерела). У них зоряна складова не спостерігається: вона або взагалі відсутня, або, що більш імовірно, непомітна на тлі величезної світності щільного ядра, що сягає Вт, тобто в десять тисяч разів більша від світності Галактики.

Радіовипромінювання квазарів можна порівняти за інтенсивністю з їх оптичним випромінюванням. Існує різновид квазарів з низьким рівнем радіо-випромінювання. Такі Об'єкти називають квазагами, тобто квазагалактиками.

Походження галактик. Вік Сонця перевищує 5 млрд.років, а найстаріших зірок у Всесвіті - 10 млрд.років. Наймолодші зірки народжуються й починають свою еволюцію на наших очах із хмар газу й космічного пилу.

 Зірки утворюють системи, що відрізняються за розмірами й масами: зоряні пари и групи, скупчення, асоціації, галактики. Ієрархія астрономічних систем не вичерпується галактиками, а продовжується до скупчень галактик і надгалактик.

Історія космічних структур нараховує 12-18 млрд. років. До утворення сучасних планет, зірок, галактик уся їхня речовина являла собою гарячу воднево-гелієву плазму, рівномірно розподілену у світовому просторі. Накопичені за багато століть знання й особливо відкриття, зроблені у XX столітті, дозволили скласти певне уявлення про властивості космічного середовища в дозоряну, догалактичну епоху, про фізичні процеси, які спричинили формування сучасної структури Всесвіту, та про космічні процеси, що тривають і в наш час.

Сучасні уявлення про виникнення астрономічних структур спираються на космологічну теорію, що дає загальну схему розвитку Всесвіту як цілого. Космологія нехтує такими "деталями" устрою Всесвіту, як зірки, галактики, навіть цілі скупчення й надскупчення галактик, розглядаючи їх як "точки", що хаотично рухаються і з яких складається, як газ із молекул, метагалактичне середовище. Середня густина мета-галактичного середовища однорідна, тобто однакова, коли йдеться про відстані, що перевищують 100-300 Мпс.

Космологія стверджує, що весь простір Всесвіту перебуває в стані розширення, причому розширюється саме простір, а не збільшуються відстані, наприклад, між галактиками. Цей висновок стосується лише великих об'єктів, протяжність яких становить 100-300Мпс і більше. Усередині ж цих об'ємів зірки й галактики не зазнають космологічного розширення. Не відбувається таке розширення й у межах нашої Сонячної системи.

Вік Галактики як зоряної системи близький до віку її найстаріших зірок і становить 10-12 мільярдів років. Імовірно, процес формування астрономічних тіл, які ми сьогодні спостерігаємо, розпочався 12-15 мільярдів років тому. Але з чого це почалося - з найменших чи з найбільших об'єктів? Багато фактів вказують на те, що першими "вийшли" з космологічного розширення величезні маси речовини, які можна порівняти з масами скупчень галактик. Пізніше розпочався процес дроблення цих мас і всередині них поступово сформувалася вся ієрархія астрономічних систем. Таку гіпотезу висунув Я. Б. Зельдович.

Інша точка зору припускає виникнення спочатку більш дрібних тіл, що згодом збільшувалися, зливалися. Цю ідею розвивали Дж. Піблс і Р. Дікке. Вони припускають, що першими об'єктами у Всесвіті могли бути об'єкти з масами, які можна порівняти з мільйоном сонячних мас; поступово зли-ваючись, вони утворювали галактики; об'єднання галактик, у свою чергу, утворювало їх скупчення.

У 1946 році Є. М. Ліфшиц обгрунтував теорію гравітаційної нестійкості, яка базувалася на фрідманівській космології. Гравітаційна нестійкість, властива однорідному середовищу, яке розширюється, виявляється в тому, що окремі частини, густина яких з якихось причин виявилася трохи більша, ніж загальна густина середовища, розширюються дещо повільніше, ніж середовище в цілому. Це пов'язано, імовірно, з тим, що в таких місцях тяжіння сильніше, і тому воно ефективніше гальмує розширення.

Поступове відставання в розширенні, гальмування розширення в осередках згущення рано чи пізно призводить до того, що розширення цих згущень зовсім припиняється і вони "відключаються" від загального космологічного розширення. При цьому слабкі в минулому збурення перетворюються на сильні.

Ця теорія набула свого подальшого розвитку в роботах Я.Б.Зельдовича. За теорією Зельдовича, протягом перших 2-3мільярдів років від початку розширення в речовині Всесвіту сформувалися величезні за розмірами газові згущення, що містили близько  сонячних мас речовини. Ці згущення були не сферичними, а, скоріше, дещо плоскими. Вони дістали назву "млинців". Заз-начені згущення виникали не ізольовано один від одного; багато які з них з'єднувалися своїми краями, утворюючи систему згущень і порожнеч, що віддалено нагадує бджолині стільники.

Така теоретична картина добре узгоджується з даними спостережень за найбільшими утвореннями у Всесвіті - надскупченнями, які теж являють собою "стінки", що відділяють величезні порожнечі, майже повністю позбавлені галактик. Імовірно, з первісних газових "млинців" і сформувалися надскупчення шляхом дроблення цих шарів на різні за масою і розмірами фрагменти.

Окремі фрагменти перетворювалися згодом на галактики, дробилися на все менші згустки, які, стискаючись, перетворювалися, зрештою, на зірки. Причиною послідовного дроблення речовини є все те ж Ньютонове "уроджене тяжіння" однієї частинки до всіх інших, котре спричинило виникнення і самих первісних "млинців".

Галактики, які формуються таким шляхом, повинні мати швидке обертання, властиве спіральним галактикам. Це обертання мали вже газові фрагменти, на які розпадався кожний з "млинців", хоч ніякого початкового обертання "млинця" як цілого не було. Обертання фрагментів зумовлене вих-ровим рухом, який, виявляється, неминуче народжується на межах "млинців" і всередині них самих, коли ці шари згущення остаточно виділяються й відок-ремлюються із загального розподілу речовини у Всесвіті, який розширюється. Згідно із цією теорією квазари можуть виникати одночасно з галактиками й ставати їх ядрами. Я.І.Озерной і О.Д.Чернін висунули гіпотезу "фотонних вихорів".

Відповідно до цієї гіпотези на ранній стадії розширення речовина Всесвіту перебувала в турбулентному стані: випромінювання разом із плазмою утворювало величезні "фотонні вихори". Спочатку швидкість вихрових рухів була дозвуковою, тому вихори створювали відносно невеликі осередки неоднорідної густини. Пізніше, через певні причини, вихрові рухи переходять у надзвукову стадію. Це спричинює неоднорідну густину.

Як першу, так і другу гіпотезу можна назвати конденсаційними: в обох випадках галактики утворюються в результаті стиснення (конденсації) газових згустків. Протилежні погляди висловив В. А. Амбарцумян. Він вважав, що нові галактики й спіральні рукави виникають за рахунок речовини, що міститься в ядрах галактик, в яких, крім зоряної складової, є значні маси дозоряної речовини. Згідно із цією гіпотезою квазари можуть бути оголеними ядрами, являючи собою початкову стадію розвитку галактик.

Квазари. Відкриття квазарів. Відразу ж після Другої світової війни, коли почалося спорудження великих радіотелескопів, астрономи дістали можливість проводити спостереження за всім небом, вимірюючи в кожній ділянці інтенсивність радіохвиль, які надходили з космосу. Так було виявлено кілька сотень осередків, з яких виходило більш-менш сильне радіовипромінювання. Спочатку припускали, що джерелом цього випромінювання є зірки. Однак незабаром стало зрозуміло, що жодне джерело радіовипромінювання не можна ототожнити із зірками. Справді, у радіодіапазоні зірки являють собою "темні" об'єкти. Як і будь-яке тіло з температурою, відмінною від абсолютного нуля, зірки випромінюють не тільки у видимій, але й у довгохвильовій частині спектра (тобто в радіодіапазоні), але в гарячих тіл (а зірки - гарячі тіла) інтенсивність випромінювання в області довгих хвиль мізерно мала порівняно з інтенсивністю випромінювання у видимій частині спектра. Тому випроміню-ванням зірок у радіодіапазоні, звичайно, можна знехтувати (хоч відомі й винятки - деякі змінні зірки й пульсари). Досить сильне радіовипромінювання також у деяких туманностей (наприклад, у знаменитої Крабовидної туманності). Разом з тим більшість відкритих радіосигналів належить до позагалактичного світу.

Виявилося, що кутові розміри квазарів дуже малі, тому їх можна сплутати з об'єктами, які мають вигляд зірок. Пізніше з'ясувалося, що спектри квазарів не схожі ні на спектри зірок, ні на спектри галактик.

Усі труднощі вдалося подолати в 1962 році, коли одне з неопізнаних радіоджерел закрив Місяць. Виявилося, що це радіоджерело було подвійним, причому складалося воно зі слабкої зірки й "радіовикиду". Тоді ж було ідентифіковано ще кілька радіоджерел із дуже слабкими зірками. Тому ці об'єкти почали називати "квазізоряними радіоджерелами ", або "квазарами".

Особливості квазарів. Дослідження спектрів квазарів показало, що їхні лінії дуже сильно зміщені в бік довгих хвиль. Жодна з галактик не виявляла раніше такого червоного зміщення у своєму спектрі. Червоне зміщення в спектрах галактик - наслідок їх взаємного разбігання. Із закону Хаббла випли-ває, що величина червоного зміщення залежить від відстані до джерела. Цю формулу використовують, визначаючи відстані до галактик.

Виявилося, що квазари віддаляються від нас зі швидкостями, що становлять у середньому 0,8с, а знаходяться на відстанях близько 1,2млрд світлових років. Таким чином, щоб подолати відстань від цих об'єктів до нас, світлу потрібні мільярди років. Разом з тим це означає, що сьогодні ми бачимо їх такими, якими вони були мільярди років тому.

У наш час відомо більш як дві тисячі квазарів. Найбільшу потужність, яка перевищує світність Галактики у видимому діапазоні світла в 1000-10000разів, має квазар ЗС273. Оптичне випромінювання цього квазара є надзвичайно нестійким: за період близько одного року його світність змінювалася в десятки й сотні разів. Рекордно швидка змінюваність в одного із квазарів - близько 200с. Це означає, що величина його випромінюючої зони не перевищує 200 світлових секунд, що вдвічі менше, ніж радіус земної орбіти.

Що стосується червоного зміщення квазарів, то тут також є рекордсмени. Найбільше червоне зміщення має величину. Коли значення червоного зміщення більше одиниці, формули, що пов'язують його з  швидкістю віддалення джерела і відстанню до нього, уже незастосовні. Справа в тому, що швидкості космоло-гічного віддалення далеких квазарів наближаються до швидкості світла і, крім того, на гігантських відстанях до них виявляються властивості кривизни простору-часу. Тому існує певна невизначеність у розрахунках відстаней до квазарів. Найбільшому червоному зміщенню Z=3,78 відповідає відстань 12-16 млрд. світлових років. Світло, яке ми сприймаємо в даний момент, такий квазар випромінював 12-16 млрд. років тому; на той час ні Землі, ні Сонця ще не існувало.

Квазари являють собою зовсім новий тип космічних об'єктів. Тому відкриття квазарів в астрономії можна порівняти з відкриттям нового виду тварин у зоології. Фотопластинка поруч із зображенням квазара фіксує зображення безлічі об'єктів - це галактики. Якщо розраховувати відстані до квазарів так само, як і до галактик, то відстань до квазара ЗС278 дорівнює 3 млрд. світлових років/для квазара ЗС9 - 12 млрд.світлових років! На таких відстанях звичайну галактику спостерігати неможливо. Знаючи відстань до квазара і його видиму зоряну величину, неважко розрахувати світність квазарів. Вона виявилася фантастичною. Астрономи були вражені: об'єкт, який за зовнішнім виглядом нічим не відрізняється від зірки, випромінює в сто разів більше енергії, ніж уся наша Галактика з її 150 мільярдами зірок. Але подив зріс ще більше, коли було виявлено змінність квазарів, а завдяки їм - їхні розміри. Виявилося, що розміри ці не такі й великі - вони, як правило, не перевищують декілька світлових днів.

Гіпотези про походження квазарів. Після того, як було відкрито квазари, багато з них вдалося знайти і на старих знімках, зроблених десятки років тому. Вивчаючи ці старі негативи, астрономи помітили, що з 1896 по 1963 р. видима яскравість квазара ЗС273 коливалася в межах 0,7 зоряної величини. З'ясувалося, що світність квазарів може помітно змінюватися не тільки протягом років, але і протягом кількох днів. Звідси випливає, що квазари ні в якому разі не можуть бути галактиками.

Справді, будь-який процес поширюється зі швидкістю, яка не може перевищувати швидкості світла. І якщо в якій-небудь частині галактики почався процес, який спричинює підвищене випромінювання, то він пошириться на всю галактику тільки через тисячі років. Але ж всі зірки галактики не можуть за командою і без жодного фізичного зв'язку одна з одною раптом зменшити чи збільшити свою яскравість. Отже, поперечники деяких квазарів не більші за кілька світлових днів.

Вдалося з'ясувати деталі будови деяких квазарів. Дослідження їхніх спектрів показують, що, принаймні, зовнішня частина цих об'єктів являє собою гарячий газ. Цей газ рухається в усіх напрямках зі швидкістю дві - три тисячі кілометрів на секунду. Однак при цьому він продовжує огортати ядро квазара, яке дає неперервний спектр. Це означає, що сила тяжіння, яка утримує газ, дуже велика, і маса центральної частини квазара ніяк не менша за мільйон сонячних мас. На деяких знімках видно туманності, що огортають квазари.

Квазари мають дуже сильне ультрафіолетове випромінювання. В усіх діапазонах електромагнітного випромінювання - і у видимому, і в невидимому - квазари є наймогутнішими випромінювачами в космосі. За такого марнотратства життя квазара чи, точніше кажучи, стадія квазара в житті якогось небесного об'єкта не може бути довгою. Час їхнього життя становить близько кількох мільйонів років. Отже, відомі розміри квазарів, вдалося дещо з'ясувати про їх будову й навіть визначити приблизно тривалість їх життя. Однак це не означає, що природу квазарів уже вдалося пояснити. Десятки гіпотез щодо їх походження конкурують між собою.

За однією з них, квазар - серія одночасних вибухів величезної кількості наднових зірок. У центральних частинах галактик, де зірки розташовані набагато густіше, ніж в околицях Сонця, вибух однієї наднової може спричинити вибух найближчих зірок. Тобто може відбутися щось на зразок детонації чи ланцюгової реакції. Достатньо переконливих доказів на користь цієї теорії поки що немає.

Не так давно астрофізики звернули увагу на дивні блакитнуваті зірочки з різко посиленою ультрафіолетовою частиною спектра. З'ясувалося, що це зовсім не зірочки, а позагалактичні тіла, які випромінюють світло настільки ж марнотратно, як і квазари. Як і квазари, за розмірами вони невеликі. Відрізняються від квазарів ці об'єкти тим, що не мають якогось помітного радіовипромінювання. Ці об'єкти дістали назву квазігалактик, або квазагів. Не виключено, що кожен квазаг на якийсь час стає квазаром, тобто надпотужним джерелом космічного радіовипромінювання.

Ще одна гіпотеза припускає, що квазари - це залишки того надважкого Прототіла, вибух якого 15-18 мільярдів років тому призвів до утворення Всесвіту. За цією гіпотезою, кожен квазар схожий на розширний Всесвіт у мініатюрі. Ще одна гіпотеза: квазари - це звичайні галактики, але вони мають підвищену яскравість, тому що між ними і Землею знаходяться гравітаційні лінзи. Оскільки відстані до квазарів становлять мільярди світлових років, то явища, пов'язані з ними, сягають часів Великого Вибуху. Отже, віддаляючись у минуле, ми зустрічаємо об'єкти з усе більшим енерговиділенням.

Питання для самоконтролю.

1. Що таке Галактика?
2. Як класифікують галактики?
3. Що таке Мегагалактика?
4. Яким чином утворюються галактики?
5. Назвіть гіпотези про походження галактик.
6. Що таке квазари?