Взрывная гипотеза и астрономические наблюдения

 

 

Предисловие

 

Астрономы могут проводить наблюдения, но не могут ставить экспериментов. Когда физик проводит тот или иной эксперимент, он старается выделить интересующее его физическое явление в наиболее чистом виде, чтобы исключить возможную неоднозначность в интерпретации эксперимента. В астрономии подобное невозможно. Как правило, приходится иметь дело с достаточно сложными явлениями, и поэтому интерпретация астрономических наблюдений неоднозначна. Тем не менее, астрономические наблюдения – это единственная надёжная основа космологии. И хотя одно астрономическое наблюдение, в силу своей неоднозначности, не в состоянии опровергнуть или доказать какую-нибудь из существующих теорий, всё же значительное число наблюдений в состоянии это сделать.

До 2000 года я был сторонником общепринятой гипотезы образования галактик по той простой причине, что во всех книгах и статьях по астрономии эта гипотеза преподносилась как твёрдо установленный факт, сомневаться в котором не было никакой возможности. А альтернативная гипотеза образования галактик в результате взрывов в их ядрах не только не обсуждалась, но даже и не упоминалась в научной литературе. И когда я думал об образовании галактик, в моём сознании возникала следующая картина. Огромные массы разреженного газообразного вещества сжимались под действием гравитационных сил, образуя различные структуры. Но затем эта картина была вытеснена другой. Огромные массы сжатого сверхплотного вещества, взрываясь и увеличиваясь в размерах, образуют галактики и скопления галактик. Вытеснение происходило по мере того, как я знакомился с астрономическими наблюдениями. И в этой главе будет рассказано о тех астрономических наблюдениях, которые склонили чашу весов в моём сознании в пользу альтернативной модели образования галактик.

 

6.2. Квазары и образование галактик

 

Квазары – это чрезвычайно активные ядра галактик, имеющие очень малые, по астрономическим меркам, размеры – порядка 10¹³ м, то есть примерно размеры Солнечной системы. Но, несмотря на такие размеры, светимость квазаров в сотни раз превосходит светимость ярчайших галактик и по порядку величины равна 10⁴¹ Вт [153] (для сравнения, светимость Солнца» 10²⁶ Вт, светимость такой гигантской галактики, как наша» 10³⁶ Вт). Излучая в окружающее пространство такое огромное количество электромагнитной энергии, квазары также излучают в окружающее пространство свою массу. Зная светимость квазара, нетрудно рассчитать, что только в виде излучения квазар выбрасывает массу со скоростью несколько солнечных масс в год. А ведь, кроме того, квазар выбрасывает в окружающее пространство большое количество массы в виде обычного вещества. Из ядер некоторых галактик тянутся огромные струйные выбросы вещества протяжённостью иногда в сотни тысяч световых лет! [27].

Учитывая сам факт существования квазаров (или хотя бы галактик с активными ядрами), можно предположить два диаметрально противоположных сценария образования галактик.

Первый сценарий. Галактика образуется в результате гравитационного сжатия разреженного газового облака. При этом в центре галактики образуется огромная масса, которая достаточно быстро превращается в чёрную дыру. Галактический газ по мере сжатия либо превращается в звёзды, либо падает на центр, в чёрную дыру. При падении в чёрную дыру газ разгоняется до околосветовых скоростей и излучает в окружающее пространство огромное количество энергии. При этом часть падающего в центр газа также может быть выброшена в окружающее пространство. Это общепринятый в настоящее время сценарий образования галактик.

Второй сценарий. Галактика образуется из очень маленького компактного ядра, состоящего из сверхплотного вещества. В результате взрывных процессов, происходящих в ядре, вещество из ядра выбрасывается в окружающее пространство. Из выброшенного вещества впоследствии формируются звёзды. При этом часть вещества может улететь далеко за пределы гравитационного поля галактики, часть вещества может упасть обратно в центр, а какая-то часть вещества может превратиться в галактические звёзды. Этот сценарий образования галактик, насколько мне известно, почти не упоминается в современной научной литературе.

Если подходить к проблеме происхождения галактик с чисто логической стороны, то эти два сценария совершенно равноправны, и каждый из них имеет право на существование в качестве рабочей гипотезы. Поэтому чтобы сделать выбор между ними, необходимо рассмотреть следствия каждого сценария и затем сравнить их с данными астрономических наблюдений.

В обоих сценариях происхождения галактик вещество может как падать в центр, так и выбрасываться из него в окружающее пространство. Принципиальное различие между ними состоит в том, что в первом сценарии бóльшая часть вещества падает в центр и только меньшая выбрасывается из него. Согласно первому сценарию с течением времени масса чёрной дыры в галактическом центре должна всё время возрастать, а масса остального вещества галактики, наоборот, уменьшается. То есть чем старше становится галактика, тем более массивная чёрная дыра должна находиться в её центре и тем меньшая часть галактической массы должна приходиться на звёзды.

Согласно второму сценарию преобладающим является процесс выброса вещества из ядра галактики. С этой точки зрения, с течением времени масса, а, следовательно, и светимость галактического ядра должны всё время уменьшаться, а масса остального вещества галактики, наоборот, возрастать. То есть чем старше становится галактика, тем менее массивным и ярким становится у неё ядро, и тем бóльшая часть галактической массы приходится на звёзды.

У первого сценария может быть два варианта развития галактики. Первый вариант: чёрная дыра в центре галактики непрерывно поглощает вещество из окружающего пространства, при этом светимость ядра галактики всё время возрастает. Второй вариант: чёрная дыра поглотила всё вещество из близлежащего окружающего пространства и поэтому временно затихла. В этом случае в центральной области должна остаться гигантская пустая область. Ни один из этих вариантов не соответствует астрономическим наблюдениям.

Рассмотрим в качестве примера нашу Галактику. Наша Галактика – это гигантская спиральная галактика со спокойным ядром. Следовало бы ожидать, что в её ядре находится огромная пустая область, в центре которой расположена гигантская чёрная дыра. Но это не так. Масса объекта, находящегося в центре нашей Галактики, составляет всего лишь несколько миллионов солнечных масс. Кроме того, никакой пустоты в ядре Галактики не наблюдается. Наоборот, концентрация звёзд сильно возрастает при приближении к галактическому центру. Более того, изучение движения газа в центре Галактики показывает, что этот газ не падает на галактический центр, а, наоборот, с высокой скоростью удаляется от него! [26,с.179]

Из астрономических наблюдений известно, что ядра галактик обладали очень высокой активностью и светимостью в далёком прошлом, на ранних ступенях эволюции галактик. И в процессе эволюции галактик светимость их ядер уменьшалась, а светимость звёздной составляющей, наоборот, возрастала. Современные галактики имеют очень развитую и яркую звёздную составляющую и относительно слабо активные ядра.

Всё это явно противоречит первому сценарию образования галактик и полностью подтверждает второй. Почему же в таком случае первый сценарий является общепринятым, а о втором почти не упоминается в научной литературе? Причина в том, что общепринятой теорией гравитации в настоящее время является общая теория относительности. А согласно общей теории относительности (впрочем, как и ньютоновской теории гравитации) очень массивный и очень компактный объект является чёрной дырой. То есть второй сценарий образования галактик противоречит общей теории относительности и поэтому отвергается. И так как второй сценарий отвергается, то единственно возможным остаётся первый сценарий, хотя он и противоречит астрономическим наблюдениям.

Рассмотрим ещё одно очень важное следствие, вытекающее из второго (взрывного) сценария образования галактик. Согласно этому сценарию звёзды образуются в результате распада сверхплотного вещества, которое выбрасывается из галактических ядер в периоды их активности. С этой точки зрения интенсивное звездообразование в галактике и активность её ядра – это причинно связанные между собой события. А согласно первому (общепринятому) сценарию в центре галактики находится гигантская чёрная дыра, и поэтому галактическое ядро становится активным только когда на него падают огромные массы газа. И с этой точки зрения процесс звездообразования, происходящий на расстоянии в десятки тысяч световых лет от ядра, не имеет никакого отношения к падению газа на галактический центр.

Итак, согласно общепринятому сценарию активность галактического ядра и процессы звездообразования в галактике – это никак не связанные между собой события. Согласно альтернативному сценарию – эти события причинно связаны между собой.

А что говорят астрономические наблюдения?

Приведём цитату из статьи «Странная галактическая чета», напечатанной в журнале «В мире науки» за 2003 год [160,с.33]:

 

Астрономы считали, что влияние сверхмассивных чёрных дыр заметно лишь в их окрестностях. Поэтому когда в прошлом десятилетии была обнаружена тесная взаимосвязь между активностью чёрных дыр и формированием звёзд, для исследователей это оказалось полной неожиданностью. Во многих галактиках, где чёрные дыры «пожирают» вещество, порождая феномен, который астрономы назвали активным ядром галактики, или АЯГ, наблюдаются периоды интенсивного формирования звёзд, именуемые вспышками звездообразования. Как могут, казалось бы, столь различные процессы быть так тесно связаны?

 

Автор статьи, как и большинство астрономов, твёрдо убеждён, что активность галактических ядер есть не что иное как активность чёрных дыр. С этой точки зрения действительно непонятно, почему падение вещества в чёрную дыру вызывает интенсивное звездообразование во всей галактике.

И наконец, самые последние астрономические новости от 20 мая 2005 года [68]:

 

На расстоянии всего 0,26 светового года от гигантской чёрной дыры в центре нашей Галактики найдена группа совсем молодых (в среднем около 10 млн. лет) звёзд. Данное открытие приводит астрономов в недоумение, поскольку факты не вписываются в теории звёздообразования.

Всего два года назад на расстоянии 0,7 светового года от чёрной дыры в центре нашей Галактики астрономы обнаружили небольшое звёздное скопление, и уже тогда это вызывало удивление: считается, что звёзды не могут образовываться на таком близком расстоянии от столь массивной чёрной дыры, поскольку её гравитация будет препятствовать сжиманию газово-пылевых облаков в звёзды.

Учёные тогда остановились на том, что это звёздное скопление образовалось на значительно большем расстоянии от чёрной дыры, а потом каким-то образом мигрировало к центру Галактики. Как единое целое оно удерживается чёрной дырой средней массы в его центре.

Звёзды, располагающиеся в 0,26 светового года от чёрной дыры, были обнаружены астрономами Университета штата Калифорния в Лос-Анджелесе с помощью телескопа Keck I на Гавайских островах. Астрономам не удалось обнаружить никаких признаков малой чёрной дыры в центре этого скопления.

Гравитация чёрной дыры, по идее, должна была разорвать их на части. Кроме того, непонятно, как эти звёзды вообще туда попали.

Руководитель исследования, Джессика Лю, предполагает, что на самом деле эти звёзды могли образоваться как раз вблизи чёрной дыры, несмотря на крайние значения гравитации, радиации, давления и температур. "Такой процесс [звездообразования], очевидно, является чем-то очень отличным от наших современных представлений о том, как зарождаются звёзды", – полагает она.

 

Я думаю, что Джессика Лю права. Эти звёзды действительно образовались вблизи галактического центра в результате процесса, радикально отличного от общепринятого сценария образования звёзд: они образовались в результате распада сверхплотного вещества, выброшенного из ядра Галактики.