Занимательная астрофизика - Виктор Комаров

Если бы этого объекта не существовало, то световые лучи квазара распространялись бы прямолинейно. И те из них, которые направлены в сторону наблюдателя, создали бы обычное одиночное его изображение. Однако при наличии массивного объекта картина оказалась бы иной. Под воздействием сильного гравитационного поля световые лучи испытали бы искривление, и на прежнем месте наблюдатель квазара бы не увидел. Зато к нему пришли бы световые лучи, «обогнувшие» гравитационную линзу справа и слева, подобно тому, как струи водного потока огибают встретившееся на их пути препятствие. В этом случае наблюдатель увидел бы вместо одного два «мнимых» изображения квазара, несколько отстоящие одно от другого. Мнимых потому, что они находились бы не в том месте, где в действительности расположен квазар, а по направлениям касательных к искривленным световым лучам, пришедшим в точку, откуда ведутся наблюдения. Иными словами, в этом случае сработал бы тот же самый физический механизм, который приводит к возникновению хорошо известных земных миражей.

Как показывают теоретические расчеты, в зависимости от взаимного расположения наблюдаемого космического объекта, гравитационной линзы и наблюдателя могут возникать и более сложные картины.

Вернемся, однако, к обнаруженному астрономами двойному квазару в созвездии Большой Медведицы. Что это — реальная двойная система или оптический обман?

Как это выяснить? Вычисления показывают, что расщепленные гравитационной линзой световые лучи, создающие двойное изображение, по дороге к наблюдателю должны пройти пути разной длины. Следовательно, один из них придет на Землю с некоторым опозданием.

Запаздывание, о котором идет речь, т. е. возникновение разности фаз в поведении различных компонентов изображения, образованного гравитационной линзой, обусловлено еще и одним из эффектов общей теории относительности — замедлением течения времени в сильных гравитационных полях. Этот эффект вызывает дополнительное «торможение» электромагнитных сигналов, испытавших воздействие гравитационной линзы. И если двойной космический объект действительно космическая иллюзия, то все изменения, происходящие с одним из компонентов подобной «системы», должны через некоторые определенные промежутки времени совершенно точно повторяться со вторым компонентом: ведь это один и тот же объект, который мы наблюдаем с различной степенью запаздывания! В том случае, когда все наблюдаемые изменения будут повторяться с одним и тем же «сдвигом фазы», предположение о расщеплении света и возникновении «космического миража» получит весомое подтверждение.

В результате наблюдений, проведенных в 1980 г. на 6-метровом телескопе Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, было установлено, что с течением времени яркость компонента А постепенно ослабевает, а компонента В — возрастает.

В дальнейшем обнаружилось, что аналогичные изменения происходят также в радио- и ультрафиолетовом диапазонах. Полученные данные позволяют предполагать, что двойственность квазара, о котором идет речь, в самом деле представляет собой оптический эффект, вызванный отклонением световых лучей в сильном гравитационном поле. Однако окончательный ответ о природе двойного квазара дадут лишь дальнейшие исследования.

Теоретические подсчеты показали, что ожидаемый сдвиг фаз в поведении компонентов А и В квазара Q 0957+561 А, В составляет около 5 — 6 лет. Таким образом, ответ на вопрос о том, совпадает ли характер изменений обоих компонентов, должен быть получен в ближайшем будущем.

Пока что положение остается неопределенным — есть аргументы и «за», и «против». В частности, против объяснения двойственности квазара Q 0957+561 А, В, вызванной действием гравитационной линзы, казалось, говорило и то обстоятельство, что согласно астрономическим наблюдениям компонент А оказался несколько краснее компонента В. Различными по своей структуре оказались и радиоизображения загадочной пары, полученные в результате радиоинтерферометрических наблюдений.

Однако исследования, проведенные на 5-метровом телескопе обсерватории Маунт Паломар, оборудованном специальной телевизионной системой с электронно-вычислительным устройством, как будто разрешили эти недоразумения.

Анализ полученных данных показал, что в красных лучах компонент В обладает несколько более протяженным профилем, чем компонент А., Ученые предположили: это различие вызвано тем, что компонент В сливается с галактикой-линзой, искажающей его очертания. Исходя из этого, они осуществили своеобразную операцию — «вычли» из компонента В компонент А и таким способом выделили ту часть компонента В, которая, возможно, и представляет собой искомую галактику-линзу.

Если это действительно так, то, как показывают измерения, ее угловое расстояние от компонента В очень мало — всего 0,8 угловой секунды. Следовательно, излучение, идущее от компонента В, по дороге к земному наблюдателю проходит через среду галактики-линзы. Благодаря этому, к излучению компонента В в красной части спектра добавляется красное излучение звезд галактики-линзы.

Таково возможное объяснение различной яркости компонентов А и В в красных лучах, не противоречащее объяснению двойственности квазара Q 0957+561 А, В с точки зрения гипотезы гравитационной линзы.

В принципе космические иллюзии могут возникать и по несколько иной схеме. Если объект, играющий роль гравитационной линзы, обладает очень большой массой (например, массивная черная дыра), то он способен не только искривить световые лучи, идущие от того или иного светила, но и повернуть их на значительный угол. Это может привести к весьма любопытному иллюзионному эффекту.

Луч звезды, расположенной в стороне от черной дыры, обогнув ее, придет к нам на Землю, и мы увидим эту звезду на его продолжении, т. е. как раз в том направлении, где находится черная дыра, играющая роль гравитационной линзы. Но то же самое может произойти и со световыми лучами многих других звезд. Испытав в районе черной дыры, играющей роль гравитационной линзы, отклонения различной степени, эти лучи сольются вместе и создадут мнимое изображение объекта чрезвычайно высокой яркости. Хотя в действительности в этом месте небесной сферы расположена черная дыра, которая вообще ничего не излучает!

Невольно возникает вопрос: а не являются ли вообще квазары просто-напросто одной из возможных форм оптических иллюзий в космосе — результатом фокусировки света звезд черными дырами?

И еще один вопрос: что будет, если черная дыра расположена как раз между Землей и наблюдаемой звездой, т. е. в случае, аналогичном рассмотренному Эйнштейном?

Тогда к наблюдателю придут не только лучи, искривленные гравитационной линзой, но и множество лучей, совершивших вокруг черной дыры один или несколько оборотов прежде, чем им удастся вырваться из поля ее тяготения и двинуться дальше. Что увидит в этом случае земной наблюдатель? Расчеты показывают, что звезда предстанет перед ним как система концентрических светящихся колечек. Вследствие огромного расстояния эти колечки сольются, и звезда покажется наблюдателю значительно более яркой, чем она есть в действительности.

А теперь представим себе такую картину. Некая звезда, совершающая свое движение вокруг центра Галактики, в какой-то момент оказывается на продолжении прямой линии, соединяющей Землю с черной дырой. Тогда создается только что описанная ситуация, и в течение некоторого времени мы будем воспринимать звезду, о которой идет речь, как сверхъяркий космический объект. Иными словами, эта ничем не примечательная звезда как бы вспыхнет, а затем вновь возвратится в прежнее состояние. Но ведь подобная картина весьма напоминает явление, хорошо известное в астрономии, — вспышку сверхновой звезды!

Разумеется, и квазары и сверхновые звезды — это вполне реальные физические объекты во Вселенной. Что касается квазаров, то с ним связан целый комплекс физических явлений, которые никак нельзя свести к одним лишь оптическим эффектам. А при вспышках сверхновых звезд, как мы уже знаем, образуются газовые туманности — остатки выброшенного звездой вещества.

Стоит ли в таком случае вообще говорить о каких-то космических иллюзиях? Но если оптические эффекты, подобные описанным выше, теоретически возможны, то при определенных условиях они в принципе могут возникать. И об этом нельзя забывать. Ведь не исключено, что некоторые явления, наблюдаемые во Вселенной, в той или иной степени связаны с действием гравитационных линз.

Любопытно отметить, что гравитационные линзы по сравнению с обычными обладают целым рядом удивительных свойств. Так, например, согласно теоретическим выкладкам, видимая яркость космического объекта, усиленная гравитационной линзой, с увеличением расстояния между ней и наблюдателем, не только не должна уменьшаться, а наоборот, будет возрастать. Кроме того, гравитационная линза не имеет фиксированного фокусного расстояния: она собирает лучи не в одной точке — фокусе, а на поверхности некоторого конуса, начиная в определенного минимального расстояния от данной линзы и до бесконечности.