Диалоги (ноябрь 2003 г.) - Гордон Александр - Страница 43

А.Г. Простите, еще один вопрос. А где находится центр массы такой системы, потому что ведь черная дыра…

В.С. Центр массы зависит от массы черной дыры. Нормальная звезда – порядка массы Солнца, наверное, в так называемых маломассивных рентгеновских двойных, или больше гораздо, если это рентгеновская двойная большой массы.

С.Ф. Центр массы посередине.

В.С. Это зависит от массы компонентов, где-то между ними находится. Если массы равные, то посередине, и чем больше масса черной дыры по сравнению с массой звезды, тем ближе к черной дыре.

С.Ф. Механизм ускорения струй.

В.С. Сейчас такие струи, которые мы видели на предыдущей картинке, которые сейчас видим, наблюдаются практически у всех объектов с аккреционными дисками. Поэтому механизмов ускорения струй, скорее всего, несколько. Их, как минимум, известно три. Просто гидродинамические, когда избыточное давление падающего вещества выбрасывает, выталкивает газ перпендикулярно диску в молодых звездах, когда давление излучения, давление света просто выталкивает газ при сверхкритической аккреции, но об этом мы немножко позже поговорим. Или электромагнитный механизм. То есть когда магнитным полем ускоряются частицы, и бьют такие две струи.

А.Г. Верните предыдущую картинку, я хочу уточнить о чем идет речь. Вот эта вертикальная голубая струя…

В.С. Голубые объекты – это и есть струи. А желтенький вокруг – это ветер, просто оттекающий от диска, с меньшей гораздо скоростью.

С.Ф. Центральная часть аккреционного диска более горячая, здесь художник это изобразил голубым, синим цветом.

А.Г. И энергия вертикального потока этих струй, которые выбрасываются, гораздо больше, чем энергия газа, который падает?

В.С. Нет.

А.Г. Тогда за счет чего достигается ускорение?

В.С. Дело в том, что энергии же не может взяться больше, чем она поступила. Поэтому источником энергии является гравитационная энергия падающего вещества. Ее, естественно, должно быть больше, чем энергии оттекающих струй.

А.Г. Понял, спасибо.

С.Ф. Можно так сказать, что там работает очень грубая и поэтому правильная формула для потенциала, или для энерговыделения: в числителе масса, в знаменателе – радиус. Масса – это масса черной дыры или центрального объекта. А радиус – это радиус по диску. И ясно, что чем ближе подходит газ к черной дыре – радиус меньше в знаменателе, получается больше энерговыделение. Там диск разогревается до огромных температур.

В.С. Миллионы градусов.

С.Ф. И существуют специфические механизмы, в частности, электромагнитный, когда вращающаяся черная дыра закручивает вокруг себя пространство, образуются магнитные поля, тороидальное магнитное поле, а электрическое поле направлено по оси вращения. Оно ускоряет заряженные релятивистские частицы – струи.

На предыдущей картинке были показаны как раз результаты наблюдения этих струй. Это знаменитый микроквазар, так называемый gamma-ray source GRS 1915+105. Его последовательно наблюдала группа Ральфа Спенсера, это европейская сеть радиотелескопов со сверхдлинными базами. Масштаб здесь – миллисекунды дуги. Последовательно слева направо видна эволюция струй, после того как они были выброшены. Это картинки были получены через дни. Где-то там слева, соответственно, не нарисован источник. И линии проведены так, что видно, что облака плазмы распространяются по баллистическим траекториям. В этих объектах наблюдаются так называемые сверхсветовые скорости. Об этом, вероятно, в ваших передачах не говорилось. Скорость больше, чем скорость света, запрещена. Но в космосе эти вещи наблюдаются. Это чисто релятивистские эффекты. Если источник движется примерно на наблюдателя со скоростью около скорости света, то сам источник и кванты, излученные им (они движутся со скоростью света), – все движется примерно со скоростью света. То есть весь этот фронт не так уж далеко распространяется. Вся информация приходит к нам сжатой во времени. Таким образом, объект мог 10 лет излучать, 10 лет двигалась эта струя. А мы наблюдаем всю картину за 10 дней. Перед нами картинка ускоренно разворачивается.

В.С. Мы делим на 10 дней, хотя делить надо на 10 лет.

С.Ф. Такие сверхсветовые скорости наблюдаются в радиодиапазоне, они наблюдаются и в квазарах, и в микроквазарах. Кстати, хотел сказать, что где-то в начале 70-х годов, когда открыли сверхсветовые скорости, был большой шум. Люди, вероятно, не очень грамотные, говорили, что Вселенная слишком большая, надо ее сжать. Мол, мы неправильно представляем масштабы Вселенной – нельзя же двигаться быстрее скорости света! Но в работах наших астрофизиков, а именно, в первую очередь, Виталия Лазаревича Гинзбурга, это 60-е годы, а также гениального астрофизика Мартина Риса из Кембриджа, такие вещи уже были предсказаны. И быстро довольно было понято, что это релятивистские эффекты. Релятивистские эффекты, вообще, очень красивы и необычны.

В.С. Связано это с тем, что свет, с какой бы скоростью не двигался источник света, все равно имеет скорость света. Летит источник, скажем, 0.99 от скорости света, испускает свет. И свет впереди источника чуть-чуть только идет. Относительно нас он тоже со скоростью света двигается. То есть он летел-летел, выстрелил что-то из себя, и летит вслед за ним, и еще раз выстрелил, то есть он может 10 лет лететь, потом выстрелить, а кванты к нам приходят от этих двух вспышек спрессованные, через очень небольшой промежуток времени.

С.Ф. Здесь картинка нашего телескопа. Это 6-метровый оптический телескоп в горах Северного Кавказа. Специальная астрофизическая обсерватория, институт Академии наук. Здесь, на этом телескопе, проводятся наблюдения, в частности, микроквазаров, но это далеко не единственная тема. Это фотографии Владимира Романенко, и дальше будут, может быть, фоном показаны картинки нашей обсерватории. Ближе к концу нашего рассказа мы покажем конкретные результаты по этим объектам. Можно следующую картинку?

С.Ф. Вот, пожалуйста, так взорвался тот же микроквазар GRS1915+105. Эта картинка обошла весь мир, ее автор – Филипп Мирабель, он и придумал это название для микроквазаров. Они с соавтором, Родригерсом, наблюдали это явление. По горизонтальной оси идет время. Частокол – это рентгеновское излучение, так объект пульсирует прямо за несколько минут. Вдруг рентгеновское излучение (черная кривая верхняя), резко ослабляется, считается, что это освобождается внутренняя часть аккреционного диска. И возникает всплеск инфракрасного, а потом и радиоизлучения. Здесь формируются релятивистские частицы, которые излучают синхронным образом, двигаясь в магнитных полях. Частицы движутся в струе, это и есть сама струя. Там есть так называемый мягкий спайк, – быстрый-быстрый всплеск рентгеновского излучения, в этот момент как раз и запускаются струи.

Синхротронное излучение – здесь тоже наши советские астрофизики много сделали, тот же самый В.Л.Гинзбург, а также уникальный астрофизик Шкловский Иосиф Самуилович. Синхротронное излучение было ими предсказано, точнее, было предсказано, что оно должно быть очень распространенным в космосе. И струи микроквазаров – в среднем, а может и у всех, – излучают за счет синхротронного излучения выброшенных релятивистских электронов, позитронов – лептонов. Примерно так это выглядит. Как выясняется, во всех микроквазарах, а также в уникальном микроквазаре SS433, к которому мы скоро переходим, тоже перед вспышкой происходит ослабление рентгеновского излучения, то есть как-то выбрасывается вещество из внутренних частей аккреционного диска.

Эта последняя картинка тоже про микроквазары, их наблюдал Роберт Джеллминг. Роберт Джоуминг – уже покойный, был прекрасный американский астрофизик. На левой картинке показан взрыв в микроквазаре V4641, это звезда Горанского. Наш астроном, Виталий Горанский, ее открыл. Объект взорвался, через несколько часов выброшенная струя – мы видим ее как вытянутую структуру – пролетела три орбиты Плутона со скоростью около скорости света. И еще через полчаса уже видно, как начинает слабеть ядро, то есть релятивистские электроны высвечивают свою энергию, и на следующей день почти все уже ослабло. Это струи микроквазаров.