История науки: привет из молодой Вселенной

Об обманщиках, которые долгое время выдавали себя за звезд, о вращающейся Вселенной и ее эволюции — в ежедневной рубрике «История науки» от Indicator.Ru.

Сегодня свой 87-й день рождения празднует астрофизик Мартен Шмидт, который родился в 1929 году в городе Гронинген (Нидерланды). Там же, в Гронингенском университете, он начал получать высшее образование, которое продолжил в Лейденском университете.

В 1949-1959 годах Шмидт работал в Лейденской обсерватории под научным руководством знаменитого Оорта (выпускника тех же альма-матер), открывшего свое знаменитое «облако» — ту самую «кометную оболочку» Солнечной системы — и известного исследованиями темной материи и скорости вращения галактик.

На последнюю величину сильно влияет плотность межзвездного вещества: галактика неоднородна, поэтому ее центр всегда вращается быстрее, чем края. Ян Оорт показал, что это утверждение справедливо для Млечного Пути, и даже рассчитал скорость вращения для Солнца — 220 км/с. Поэтому и его ученик Мартен Шмидт сначала занимался исследованием динамики нашей галактики, и его первой работой стала ее математическая модель.

Позднее, основываясь на данных, полученных при изучении белых карликов и плотности гелия в Млечном Пути и вблизи него, Шмидт создал закон, который стали называть его именем. Этот закон описывал отношение между плотностью поверхности газа в галактике (в граммах на квадратный парсек) и скоростью формирования новых звезд. Свою статью под названием «Скорость звездообразования» (The Rate of Star Formation) он опубликовал в The Astrophysical Journal в 1959 году.

В том же году Мартен переехал в США, где работал в обсерватории Маунт-Вилсон и Паломарской обсерватории, а также в Калифорнийском университете. Там он и совершил открытие, прославившее его на весь мир.

Касалось оно космических объектов, излучающих радиоволны. Среди радиоисточников, спектр которых не могли расшифровать другие ученые, он нашел класс объектов, спектральные линии которых были поразительно похожи на линии водорода, сильно смещенные в красную сторону. Красное смещение линий происходит благодаря эффекту Доплера: чем быстрее объект в разбегающейся Вселенной, тем дальше он от нас, ведь по «краям» скорость разбегания больше. Это значит, что по смещению линий света от горящего в звезде водорода мы можем определить его удаленность от нас.

Перейдя к изучению конкретных источников радиоизлучения, Шмидт сумел обнаружить еще более интригующие подробности. Работая в Паломарской обсерватории с рефлекторным телескопом Хейла, диаметр зеркала которого — целых пять метров, он смог визуально идентифицировать один из этих радиоисточников, 3C 273, открытый ранее с помощью радиотелескопов. Этот источник располагается в созвездии Дева, но в среде астрономов созвездия уже давно не считаются связанными группами, это скорее проекция звезд на карту нашего неба, а расстояние между ними может быть разным. Каково же было удивление ученого, когда он обнаружил, что объект, который визуально ничем не отличался от точечного источника света, обычной звезды, показал большое красное смещение (0,158), что автоматически помещало его вне нашей галактики, на расстояние около трех миллиардов световых лет от нас!

Очевидно, что мощно излучающий в радиодиапазоне объект столь крупных размеров, что он кажется нам большим даже на таком расстоянии, звездой быть не мог. Позднее были найдены десятки и сотни тысяч таких квазаров (сокращение от «quasi-stellar radiosource»). Светимость их может в 100 раз превышать светимость Млечного Пути, а расстояние до самых дальних превышает 13 миллиардов световых лет. Не нужно забывать, что, если они так далеко, мы видим их не так, как они выглядят на самом деле: свет, дошедший до нас, летит оттуда уже миллиарды лет, и какого-нибудь из наблюдаемых нами квазаров, возможно, уже давно не существует в действительности. Однако тем интереснее эти приветы из прошлого, ведь не так-то просто увидеть кусочек Вселенной, который достоверно отображает ее состояние много-много лет назад. Своеобразный музейный островок, хранящий воспоминания о ее молодости.

Так неожиданно для всех открыли новый класс космических объектов, которые теперь помогают астрономам измерять расстояния во Вселенной и делать выводы о ее эволюции. Правда, сама природа этого явления еще не выяснена до конца. Одни полагают, что квазар — активное ядро молодой галактики, которое становится таким активным только на короткий срок. Другие добавляют, что внутри непременно должна быть сверхмассивная черная дыра, аккреционный диск которой и вызывает аномальную светимость. Это значит, что поправку при подсчете расстояний надо делать и на гравитационное смещение линий, предсказанное Эйнштейном. Третьи полагают, что современный метод определения красного смещения квазара сопряжен с большим количеством ошибок из-за соседних объектов, излучение которых искажает наше представление о нем. Ученые пользуются некоторым шаблоном «идеального квазара» (почти буквально сферического и точно в вакууме). К тому же разные спектры могут исходить из разных частей одного и того же квазара, сбивая ученых с толку. А это еще больше затрудняет составление карт Вселенной. Но предлагаются новые методы расчетов, появляются все более мощные телескопы. Кто знает, может быть, сам Мартен Шмидт застанет новые важные открытия, которые прояснят для нас больше важных деталей из жизни этих «псевдозвезд».