Чтение онлайн

Как бы ни было трудно для астрофизиков объяснить открытые Янски испускаемые нашей собственной галактикой радиоволны, гораздо труднее было понять, каким образом такие мощные радиосигналы могут посылать отдаленные галактики. Невозможно было поверить в то, что некоторые из самых ярких радиоисточников на небе могут быть настолько удалены (хотя, в конце концов, окажется, что так оно и есть). Поэтому казалось естественным сделать ставку на то (хотя те, кто так считали, окажутся в проигрыше), что каждый из радиосигналов из очерченных областей приходит к нам не из далекой галактики, а от одной из огромного множества оптически слабых, но расположенных поблизости звезд. Только улучшение разрешения позволило бы ответить наверняка. Физики-экспериментаторы продолжали продвигаться вперед, и отдельные астрономы начали с некоторым интересом краем глаза к ним присматриваться.

Летом 1951 г. команда Райля из Кембриджа достигла очередного десятикратного улучшения разрешения, и аспирант Райля Грэм Смит этим воспользовался, чтобы очертить для Cyg А границу погрешности в 1 угловую минуту — область достаточно малая, чтобы в ней размещалось лишь порядка сотни оптических объектов (объектов, наблюдаемых с помощью света). Смит отправил авиапочтой наиболее вероятную оценку и возможную погрешность измерений известному оптическому астроному Вальтеру Бааде из Института Карнеги в Пасадене. (Тому самому Бааде, который семнадцатью годами раньше вместе с Цвикки обнаружил сверхновые и предположил, что они обязаны своей энергией нейтронным дырам, см. главу 5.) Институт Карнеги владел 2.5-метровым (100-дюймовым) оптическим телескопом на горе Вильсон, который оставался крупнейшим в мире, пока Калтех, расположенный ниже по той же улице в Пасадене, не закончил сооружение 5-метрового (200 дюймов) телескопа на горе Паломар. Астрономы Карнеги и Калтеха сообща пользовались этими телескопами. Во время очередной по графику серии наблюдений на 5-метровом паломарском телескопе (рис. 9.3а) Бааде сфотографировал очерченный район, в котором, по словам Смита, лежал Cyg А. Этот участок неба, как и многие другие до этого, ни разу не исследовался с помощью большого оптического телескопа. Когда Бааде проявил фотографию, он едва мог поверить своим глазам. В очерченном районе находился объект, не похожий ни на один из когда-либо наблюдавшихся. Казалось, что это две сталкивающиеся друг с другом галактики (в центре рис.9.3г). (Теперь, благодаря наблюдениям 1980-х годов, сделанным с помощью инфракрасных телескопов, мы знаем, что столкновение галактик было оптической иллюзией. На самом деле Cyg А — это одна галактика, а перед ней расположена полоса пылевого облака. Пыль поглощает свет таким образом, что единственная галактика выглядит как две сталкивающиеся.) Всю систему — центральную галактику вместе с радиоисточником впоследствии стали называть радиогалактикой.

В течение двух лет астрономы были уверены что радиоволны возникли при столкновении галактик. Затем 1953-й год преподнес другой сюрприз. Р.С.Дженнисон и М.К. Дас Гупта из группы Ловелла в Джодрелл Бэнк изучали Cyg А с помощью нового интерферометра, состоящего из двух телескопов: одного, закрепленного на земле, а другого, перемещавшегося по окрестностям на грузовике, захватывающего, таким образом, одно за другим большое число «пятен» на «тарелке» воображаемого телескопа с площадью в 4 километра (левая часть рис. 9.2). С помощью этого нового интерферометра (рис. 9.3 б,в) они обнаружили, что радиоволны Cyg А приходят не от «сталкивающихся галактик». Эти радиоизлучающие области, или лепестки, как их обычно называют, показаны в виде прямоугольников на рис. 9.3г вместе с оптической фотографией «сталкивающихся галактик», полученной Бааде. На рисунке также дана более детальная карта радиоизлучения лепестков, построенная шестнадцатью годами позже с помощью более совершенных интерферометров; эта карта показана с помощью тонких контурных линий, изображающих яркость радиоизлучения, так же как на топографической карте с помощью контурных линий приводится высота местности. Эти контурные картины подтверждают вывод 1953 г., что радиоволны приходят от гигантских лепестков газа с двух сторон от «сталкивающихся галактик». То, как оба этих огромных лепестка могут управляться единственной гигантской черной дырой, будет основным предметом обсуждения этой главы.

***

Эти открытия были достаточно поразительны, чтобы возбудить устойчивый сильный интерес оптических астрономов. Джесси Гринштейн был теперь не единственным, кто обращал серьезное внимание на проблему.

9. Наитие

Для Гринштейна эти открытия стали последней каплей. Не включившись в радиоволновую деятельность сразу после войны, американцы теперь стали сторонними наблюдателями величайшей со времен изобретения оптического телескопа Галилеем революции в астрономии. Эта революция теперь раздавала награды ученым Британии и Австралии, но не Америки.

Гринштейн тогда был профессором в Калтехе. Его пригласили сюда из Йеркеса для разработки программ астрономических исследований на новом 5-метровом оптическом телескопе и поэтому, вполне естественно, он отправился к президенту Калтеха, Ли Дю Бриджу, и стал настаивать, чтобы Калтех начал строить свой радиоинтерферометр, который бы вместе с 5-метровым телескопом использовался для исследования удаленных галактик. Дю Бридж, который во время войны возглавлял американские радарные работы, отнесся к идее с симпатией, но был осторожен. Чтобы подтолкнуть Дю Бриджа к действию, Гринштейн организовал в Вашингтоне 5 и 6 января 1954 г. конференцию, посвященную будущему радиоастрономии.

В Вашингтоне, после того как гости из радиообсерваторий Англии и Австралии рассказали о своих замечательных открытиях, Гринштейн поставил вопрос о том: должны ли Соединенные Штаты оставаться радиоастрономической пустыней? Ответ был очевиден.

При сильной поддержке Национального Научного Фонда (NSF) американские инженеры, физики и астрономы приступили к форсированному сооружению Национальной радиоастрономической Обсерватории в Гринбэнк, в Западной Виргинии, а Дю Бридж одобрил

9.3. Открытие удаленной радиогалактики Cyg А: (а) 5-метровый оптический телескоп, использованный Бааде и обнаруживший, что Cyg А связан с чем-то, что выглядит как две сталкивающиеся галактики. (б) Радиоинтерферометр в Джодрелл Бэнк, который в 1953 г. Дженнисон и Дас Гупта использовали для того, чтобы показать, что радиоволны приходят от двух гигантских лепестков вне сталкивающихся галактик. Две антенны интерферометра (каждая из которых была сетью проводов, натянутых на деревянную основу) показаны рядом. Во время измерения одна устанавливалась на грузовике и перемещалась по окрестностям, а другая оставалась неподвижной на земле, (в) Дженнисон и Дас Гупта изучают радиоданные в контрольной комнаты своего радиоинтерферометра. (г) Два гигантских лепестка радиоизлучения (показаны прямоугольниками), обнаруженных в измерениях 1953 г., наложены на оптическую фотографию «сталкивающихся галактик», сделанную Бааде. Также показана контурная карта лепестков с высоким разрешением, сделанная в 1969 г. в Кембридже группой Райля. [(а) Предоставлено Папомарской обсерваторией Калифорнийского технологического института; (б) и (в) предоставлено Наффилдской радиоастрономической лабораторией Манчестерского университета; (г) основано на работах Миттона и Райля (1969), Бааде и Минковского (1964), Дженнисона и Дас Гупты (1954)]

предложение Гринштейна построить для Калтеха новейший радиоинтерферометр в Оуэнс Вэлли, в Калифорнии, к югу от Йосемитского национального парка. Поскольку в Калтехе ни у кого не было опыта в создании подобных инструментов, возглавить проект Гринштейн пригласил Джона Болтона из Австралии.

К концу 1950-х годов американцы оказались уже вполне конкурентоспособными. Вступили в действие радиотелескопы в Гринбэнке, а в Калтехе Том Мэтьюз, Пэр Юджин Мэлтби и Алан Моффетт на новом радиоинтерферометре в Оуэнс Вэлли, работая рука об руку с Бааде, Гринштейном и другими астрономами Паломарского 5-метрового телескопа, открыли и изучили множество радиогалактик.

В 1960 г. эти усилия преподнесли еще один сюрприз: Том Мэтьюз из Калтеха узнал от Генри Палмера, что, согласно измерениям в Джодрелл Бэнк, радиоисточник по имени ЗС48 (источник № 43 в третьем издании каталога, составленного в Кембридже группой Райля) имеет необычайно малый размер, не более чем 1 угловая секунда в диаметре (1/10000 углового размера Солнца). Такой крошечный источник должен был бы быть чем-то совершенно новым. Однако Палмеру и его коллегам в Джодрелл Бэнк не удалось достаточно точно локализовать положение источника. Мэтьюз, проведя ювелирную работу на новом интерферометре Калтеха, добился погрешности всего в 5 угловых секунд и передал свои данные Аллану Сандажу, оптическому астроному из Института Карнеги в Пасадене. Во время очередных наблюдений на 5-метровом телескопе Сандаж сфотографировал область, очерченную границами погрешности Мэтьюза и, к своему удивлению, обнаружил не галактику, а единственную голубую светящуюся точку, которая выглядела как звезда. «В следующую ночь я снял ее спектр, и это был самый странный спектр из тех, что я когда-либо видел», — вспоминал Сандаж. Длины волн спектральных линий были совершенно не похожи на линии звезд или горячего газа, когда-либо получаемые на Земле; они были не похожи ни на что, с чем ранее сталкивались астрономы и физики.

В следующие два года тем же способом было открыто еще с полдюжины похожих объектов, таких же загадочных, как и ЗС48. Все оптические астрономы Калтеха и Карнеги взялись за их фотографирование и снятие спектров, пытаясь понять природу этих объектов. Ответ должен бы быть очевиден, но нет, мешал ментальный барьер. Эти странные объекты выглядели настолько похожими на звезды, что астрономы все время пытались интерпретировать их как некий тип звезд нашей галактики, никогда ранее не наблюдавшихся, однако такая интерпретация была почти невероятной, ужасно искаженной.

Ментальный барьер был разрушен Маартеном Шмидтом, тридцатидвухлетним датским астрономом, недавно пришедшим в Калтех. В течение нескольких месяцев он бился над спектром, полученным от 3C273, одного из подобных странных объектов. Наконец, 5 февраля 1963 г., когда он сидел в своем кабинете в Калтехе, зарисовывая спектры для включения их в подготавливаемую статью, вдруг пришел ответ. Четыре самые яркие линии в спектре являлись четырьмя обычными «линиями Балмера», излучаемыми газообразным водородом — наиболее известными из всех спектральных линий, первыми которые студенты изучают в курсе квантовой механики. Однако эти четыре линии не имели обычных длин волн. Каждая была сдвинута в красную область на 16%. Похоже 3C273 является объектом, содержащим большое количество газообразного водорода, удаляющимся от Земли со скоростью, составляющей 16% скорости света — гораздо быстрее, чем любая из когда-либо наблюдавшихся астрономами звезд.

Шмидт вылетел в коридор, где столкнулся с Гринштейном и возбужденно изложил ему свое открытие. Гринштейн развернулся и направился в собственный кабинет, где выудил свой спектр ЗС48 и некоторое время рассматривал его. Балмеровские линии не обнаруживались ни при каком красном смещении, но зато здесь были и глядели на него линии излучения магния, кислорода и неона. 3C38 представлялся, по крайней мере частично, огромной массой, состоящей из магния, кислорода и неона, удаляющейся от Земли со скоростью, равной 37% световой.