Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

на расстояние до 217 километров. Его предельная разрешающая способность выше 0,05 секунды дуги, что слегка превосходит разрешение орбитального телескопа «Хаббл». Европейская сеть РСДБ создана в 1980 г. группой из пяти радиоастрономических институтов, базирующихся в Бонне, Болонье, Двингело, Онсале (Швеция) и Джодрелл Бэнке.

Первое по-настоящему захватывающее открытие, сделанное с помощью технологии РСДБ, – обнаружение так называемых сверхсветовых радиоисточников, кажущаяся скорость которых в несколько раз превышает скорость света. Первое наблюдение этого феномена было произведено в 1967 г. Дэвидом С. Робертсоном в Австралии и Алленом Т. Моффетом в долине Оуэнс (Калифорния). Тремя годами позже Ирвин Шапиро с коллегами, используя аппаратуру Северной Калифорнии и Массачусетса, открыли еще более необычный объект 3C279 (то есть объект под номером 279 в третьем кембриджском каталоге радиоисточников Райла), который со всей очевидностью показывал скорость, в десять раз превышающую скорость света. Когда оказалось возможным определять положения наблюдаемых объектов с высокой точностью, доступной РСДБ, он, спустя некоторое время, также обнаружил аналогичные движения и в направлении, перпендикулярном лучу зрения. Эти движения, в случае если известны расстояние до объекта и его лучевая скорость, позволяют численно определить тангенциальную, а следовательно, и истинную скорость. (Обнаруживаемые время от времени значения, существенно превышающие скорость света, на первый взгляд, противоречат теории относительности Эйнштейна, но есть хороший способ справиться с этой дилеммой.) Затем сверхсветовые скорости были обнаружены у некоторых радиогалактик и квазаров. В 1994 г. И. Ф. Мирабель и Л. Ф. Родригес объявили об открытии сверхсветового источника в нашей Галактике: космического рентгеновского источника GRS 1915+105. Они в течение недели наблюдали два пятна, удалившихся друг от друга на расстояние порядка 0,5 секунды дуги. Сегодня считается, что все подобные источники содержат в себе черную дыру, которая выбрасывает вещество с высокой скоростью.

В 1980‐х гг. возникла идея применить технологию РСДБ в космосе. Ее успешно апробировали в 1986–1988 гг. путем совместной обработки сигналов наземных радиотелескопов в Усуде (Япония) и Тидбинбилле (Австралия) с данными орбитального телескопа-спутника. В 1997 г. при выполнении Программы космической обсерватории РСДБ, осуществляемой Институтом космических и астронавтических наук в сотрудничестве с Национальной астрономической обсерваторией Японии, из Кагосимского космического центра был запущен еще один спутник. Он обращается вокруг Земли по устойчивой эллиптической орбите и несет радиотелескоп с отражателем диаметром 8 метров; база спутника и его пары на Земле может в три раза превышать любые возможные наземные варианты17. К концу тысячелетия подобные проекты достигли такого размаха, что возникла потребность в новой организации, которая координировала бы другие структуры, задействованные в управлении или поддержке РСДБ. Количество астрономов многократно увеличилось, но при этом они не утратили своего былого жизнелюбия.

ОТКРЫТИЕ КВАЗАРОВ

Одним из ранних достижений в области радиотехники в послевоенный период стало изобретение Дж. П. Уайлда и Л. Л. Маккриди, сделанное ими около 1950 г. Они изготовили радиоспектрографы, функционально схожие со спектрографами, работающими в оптическом диапазоне, посредством которых можно было очень быстро сканировать широкие диапазоны частот (диапазон от 70 до 130 мегагерц сканировался менее чем за одну секунду). На первых порах это дало им возможность проанализировать всплески излучения Солнца методом, обеспечившим гораздо более глубокое понимание его физического механизма. Сокращение времени обработки сигнала оказалось необычайно полезным для решения множества других астрономических задач и, как мы увидим далее, позволило обнаружить два неизвестных до того времени типа объектов – квазары и пульсары. Пульсары мы рассмотрим далее, а здесь мы займемся тем, что в свое время стало одним из наиболее захватывающих открытий, сделанных с помощью радиотелескопа, – «квазизвездными радиоисточниками», которые вскоре стали называть просто «квазарами».

Первые радиогалактики удалось открыть в начале 1950‐х гг., однако понадобилось более десяти лет, чтобы определить их положение с точностью, позволившей отождествить их с оптическими объектами. Астрономы из обсерватории Джодрелл-Бэнк начали проявлять повышенное внимание к радиоисточникам, имеющим очень малый угловой диаметр. В 1960 г. Аллан Сэндидж (преемник Хаббла в обсерваториях Маунт-Вилсон и Маунт-Паломар) получил фотографии трех участков неба, где находились такие источники, а Томас Мэттьюз и Джон Г. Болтон из радиоастрономической обсерватории в долине Оуэнс обнаружили на каждом из снимков по одному оптическому объекту, выглядевшему в пределах допустимой погрешности как звезда. К концу того же года Сэндидж сообщил (во внепрограммном докладе на конференции Американского астрономического общества), что объект, похожий на фотопластинке на яркую звезду, совпадает по положению с радиоисточником 3C48. Его окаймляла слабосветящаяся дымка. Если бы он действительно являлся звездой, то это стало бы открытием первой далекой радиозвезды. Однако после проведения спектрального анализа оказалось, что спектр объекта содержит большое количество эмиссионных линий, и они сильно отличаются от линий, наблюдаемых у других звезд. Сообщению Сэндиджа популярный журнал Sky and Telescope в марте 1961 г. посвятил целый абзац, однако на первых порах значение этого открытия не оценили по достоинству даже те, кто непосредственно в нем участвовал.

В начале 1963 г. еще одну (даже еще более яркую) звезду отождествили с другим радиоисточником – 3C273. Его положение точнейшим образом определил Сирил Хазард из Сиднейского университета вместе с коллегами М. Б. Маккеем и А. Дж. Шимминзом. Работая на большом радиотелескопе Паркс, они использовали для определения положения и структуры источника метод покрытия его Луной, дававший точность порядка одной секунды дуги – при этом выяснилось, что это был двойной объект. (Как установила группа наблюдателей из обсерватории Джорделл-Бэнк, возглавляемых Г. П. Палмером, еще в 1960 г., его угловые размеры не превышали 4 секунд дуги.) Мартен Шмидт, голландский астроном, работавший впоследствии в обсерваториях Маунт-Вилсон и Маунт-Паломар, получил его спектр и обнаружил, что водородные линии чрезвычайно сильно – на 16 процентов – смещены в красную сторону, а это соответствовало, скорее, далекой галактике. Однако объект выглядел практически точкой и, вне всякого сомнения, уступал по размерам галактике, хотя, судя по колоссальной величине красного смещения, располагался чрезвычайно далеко и превосходил по яркости целую галактику. Спектрограмма позволила Шмидту установить: линии водорода и магния сместились одинаково. Его коллеги Джесси Л. Гринстейн и Томас А. Мэттьюз, вооружившись этой информацией, провели повторную проверку спектра источника 3C48. Его красное смещение оказалось равным 37 процентам, что свидетельствовало о еще более невероятной скорости удаления.

В 1964 г. Маргерит Бербидж и Т. Д. Кинман начали получать спектры с помощью 120-дюймового рефлектора Ликской обсерватории; тем же самым занялись К. Р. Линдз с коллегами, используя для этого 84-дюймовый рефлектор Национальной обсерватории Китт-Пик. К концу 1965 г. удалось обнаружить десять таких объектов, после чего их число стало стремительно расти. В ходе наблюдений были измерены гораздо более необычные красные смещения: к концу следующего года стали известны три объекта с красным смещением более 200 процентов.

Эти открытия поставили перед астрономами сложную проблему. Нужно было определиться с тем, являются ли обнаруженные красные смещения «космологическими» (то есть свидетельствами того, что объекты движутся в общем потоке расширяющегося мира галактик) или этот результат вызывается их внутренними свойствами, а то и просто колоссально высокими скоростями, которые могут возникать в результате каких-то разновидностей галактических взрывов. Несколько влиятельных физиков и астрономов, включая Джеймса Террелла, Джефри и Маргерит Бербидж и Фреда Хойла, утверждали, что объекты находятся внутри нашей Галактики или в непосредственной близости от нее. Мартин Рис и Деннис Сиама выступали против такого вывода – ранее Сиама придерживался противоположной точки зрения, но его переубедили результаты, полученные астрономами, работавшими в оптическом диапазоне. (Сиама был верным сторонником теории стационарной Вселенной, но примерно тогда же решительно отказался и от нее.) Если указанные красные смещения являются локальными скоростными эффектами, то не означает ли это, что наряду с ними должны наблюдаться и приближающиеся объекты с аналогичными смещениями в фиолетовую сторону спектра? Удалось проанализировать множество спектров,