Л.М. Топтунова

Квазары – это просто галактики

В настоящее время к квазарам причисляется любой объект, у которого
красное смещение
z больше 0,1 и этот объект при любом увеличении так и остаётся точечным, как звезда.

Считается, что квазары обладают следующими свойствами:
1. Все квазары – очень далёкие объекты;
2. Все квазары – сверхмощные объекты;
3. Все квазары – это активные ядра галактик;
4. В центре каждого квазара находится сверхмассивная чёрная дыра;
5. Сверхмощное излучение квазара может быть связано с выделением энергии при падении (аккреции) газа из межгалактического пространства на чёрную дыру.

Американский астроном Хэлтон Арп, желая опровергнуть утверждение, что квазары — это чрезвычайно далёкие объекты, опубликовал много снимков, подтверждающих близость квазаров к обычным галактикам. На рис.1 показан один из таких снимков – галактика NGC7603 и ещё три объекта, связанные между собой гравитационным газовым перешейком. Газовый перешеек свидетельствует о том, что они находятся близко друг от друга. Но если судить по красным смещениям, то все три объекта расположены гораздо дальше от нас, чем галактика. Ведь по закону Хаббла расстояние до космических объектов пропорционально их красному смещению. Получается, что красное смещение не всегда правильно характеризует расстояние до объекта.

figure_1_b

Рис. 1

Х. Арпу не удалось убедить своих оппонентов, что на фотографии действительно взаимосвязанные объекты. Оппоненты Арпа утверждали, что на снимке просто случайно попавшие в объектив галактики фона, а газовый перешеек – какая-то случайность.  Но Арп всё же  сумел получить неопровержимое доказательство своей правоты.

На рис.2 показан снимок, полученный  Х.Арпом более полувека тому назад:  квазар, видимый на фоне галактики  NGC 7319.  Красные смещения галактики и квазара такие:  zгал  = 0.0225,  zкв = 2.11. Исключительность этого снимка состоит в том, что по поводу запечатлённого на нём квазара нельзя сказать, что это случайно попавшая в объектив галактика фона. Анализ пяти перечисленных выше  свойств  квазаров начнём с рассмотрения этой фотографии.

 

Рис. 2

Во-первых, снимок сделан со стороны Земли. То, что галактика не заслонила своим диском квазар, означает, что он расположен к Земле ближе, чем галактика. Это аннулирует первое из пяти утверждений: «Все квазары – очень далёкие объекты». То есть квазары могут быть как далёкими, так и сравнительно близкими объектами.

Во вторых, поскольку квазар ближе галактики, то его вид, скорее всего, свидетельствует о его маломощности. Тем самым аннулируется второе утверждение: «Все квазары – сверхмощные объекты». То есть квазары могут быть как очень мощными, так и маломощными объектами.

В-третьих, утверждение «Все квазары – это активные ядра галактик»  также неверно. Типичные признаки активности ядра галактики (быстрая переменность блеска, джеты и т.п.) в рассматриваемом случае отсутствуют.

В-четвёртых, утверждение «В центре квазара находится массивная чёрная дыра» не может быть верным просто потому, что объект «чёрная дыра» в природе не существует. Существование чёрных дыр звёздных масс следовало из общей тории относительности Эйнштейна (ОТО).  Но в 1988 году академик А.А. Логунов нашёл в ОТО серьёзные ошибки.  Если устранить эти ошибки, то существования чёрных дыр со звёздными массами становится невозможным. Что это за ошибки, рассказано  здесь (http://astrogalaxy.ru/918.html).  Что же касается свехмассивных чёрных дыр в миллионы солнечных масс, то это более позднее «изобретение», сделанное астрофизиками от непонимания природы красного смещения. Поскольку расстояния до квазаров, найденные по красному смещению, могут завышаться в 100 раз, как в примерах  Х.Арпа, то мощность квазаров может завышаться уже в 10000 раз. Для объяснения таких чудовищных мощностей и потребовалось придумать сверхмассивную чёрную дыру. Однако сами изобретатели сверхмассивной дыры так до сих пор и не понимают ни то, как она могла возникнуть, ни то, за счёт чего она продолжает существовать. Достаточно почитать хотя бы то, что написано по этому поводу в Википедии.

В-пятых, утверждение «Сверхмощное излучение квазара может быть связано с выделением энергии при аккреции газа на чёрную дыру» неверно лишь потому, что в нём упомянута чёрная дыра. Но это утверждение становится верным в такой формулировке: «Сверхмощное излучение квазара может быть связано с выделением энергии при аккреции газа на ядро галактики». Ядро галактики – объект реально существующий. Другое дело, что это пока ещё очень плохо изученный объект.

Так всё же, что такое квазар?

Чтобы дать ответ на вопрос, что представляет собой квазар на рис.1, следует учесть, что галактика NGC 7319 – это спиральная  галактика того же типа, что и наша галактика Млечный Путь. Спиральные галактики, как правило, массивны. Поэтому есть основание полагать, что масса NGC 7319 сравнима с массой нашей Галактики. В таком случае, стоит поискать среди спутников нашей Галактики такой, который на фотографии из космоса выглядел бы на фоне нашей галактики так же, как квазар на рис.1. Такой спутник нашёлся. Это крупное шаровое скопление М22. Его масса составляет 7·106 солнечных масс. Масса нашей Галактики оценивается в 5·1011 масс Солнца. Следовательно, есть основание утверждать, что квазар на рис.1 является галактикой малой массы, составляющей одну десятитысячную от массы галактики NGC 7319.

Вот теперь, пожалуй, можно дать ответ на вопрос «Что же такое квазар?».
Квазар – это обычная галактика, которая может иметь как малую, так и очень большую массу. Излучение галактики может быть и незначительным и очень мощным. Ядро галактики может быть как активным, так и спокойным.

Но в таком случае возникают вопросы.  Во-первых, почему некоторые галактики мы видим как квазары, а некоторые – как галактики. И во-вторых, почему в качестве «водораздела» между галактиками и квазарами выступает красное смещение z ~ 0,1.

Ответ на эти два вопроса такой. Красное смещение излучения галактики вызывается сочетанием аккреции (падения) межгалактического газа на ядро галактики и влияния фона ночного неба. В статье «Что такое красное смещение галактик»  (https://vk.com/doc310912968_406146738?hash=3cd920f393d35f8923&dl=513f185f5091a94144) описано, как это происходит. Величина красного смещения определяется по смещению тёмных и светлых линий в спектре галактики (рис.3)

Рис.3

Аккреция межгалактического газа начинается с расстояния в полтора-два раза превышающего радиус звёздного диска галактики. Межгалактический газ нагрет до десятков миллионов градусов и, следовательно, излучает. Но по сравнению с излучением звёзд близких галактик его излучение слабое и на фотографии проявляется только в том, что на непрерывном спектре галактики появляются тёмные линии поглощения (рис.4). Эти тёмные линии смещены в красную сторону, но их смещение слабое, поскольку скорость аккреции газа за пределами галактики ещё мала.

Рис.4

С увеличением расстояния до галактики ситуация изменяется. Излучение с краёв далёкой галактики, которые светятся слабее, чем центр, в спектр не попадает. На рис.5 показано, как  по мере увеличения расстояния  r  до галактики её края становятся невидимыми (на рисунке r1< r2< r3< r4). Значит, для близких галактик в спектр попадает в основном излучение из внешних слоёв  галактики, т.е. излучение звёзд.  Для очень далёких галактик в спектр попадает в основном излучение из очень глубоких слоёв, т.е. излучение аккрецирующего газа. Для галактик, находящихся на промежуточных расстояниях, в спектре  будут представлены оба излучения – и звёздное и излучение аккрецирующего газа.


Рис. 5

 

 

Излучение аккрецирующего газа из глубоких слоёв галактики даёт в непрерывном спектре яркие эмиссионные линии (рис.6)

Рис. 6

Первые эмиссионные линии в спектрах появляются при красном смещении z = 0,1. Потому это красное смещение и выбрано в качестве «водораздела». Спектры квазаров всегда содержат эмиссионные линии. Но эмиссионные линии могут содержаться и в спектрах галактик, не являющихся точечными объектами. Наличие в спектре эмиссионных линий означает, что в спектр кроме излучения звёзд идёт также излучение аккрецирующего газа. Поэтому квазар можно определить так: точечный объект, содержащий в спектре эмиссионные линии (в отличие от звёзд, которые тоже точечные, но эмиссионных линий в спектре не имеют).

Эмиссионные линии в спектре квазаров всегда выглядят размытыми. Это свидетельство того, что излучающий газ имеет большую скорость. Линии спектра создаются излучением из эмиссионного слоя (рис.7).   Ошибка гипотезы Большого взрыва состоит в том, что скорость аккрецирующего газа в эмиссионном слое была истолкована, как скорость всей галактики.

Рис. 7

Точка зрения, что квазар – это обычная галактика, позволяет объяснить особенность распределения квазаров по величине красного смещения z. Для исследования была использована база данных на 23760 квазаров. Обработка базы данных показала следующее. Начиная с z = 0,1 количество казаров быстро увеличивается с увеличением z. Максимум числа квазаров приходится на промежуток 1,8 < z < 2,5. А при z > 2,5 с ростом z количество квазаров, соответствующих данному z, быстро убывает (рис.8).

Рис. 8

Для понимания этой зависимости нужно учесть следующие факты.
1.Основная масса галактик – это галактики с малыми массами. Так например, в
Местной группе галактик  более 50 галактик. Из них крупные галактики (спиральные и эллиптические) составляют чуть больше 2%.  Остальные члены скопления  галактики малых масс.
2.
Красное смещение галактики зависит не только от расстояния r, но и от массы галактики: чем меньше масса, тем больше красное смещение:


Эта формула означает, что для двух рядом расположенных галактик красное смещение будет больше у той галактики, масса которой меньше.

3.На интервале 0,1 < z < 1,8 происходит естественное возрастание числа квазаров с ростом расстояния  r, потому что элементарный объем ΔV, в котором подсчитывают число квазаров, растет с увеличением r (рис.9).

Рис. 9

Причём рост  происходит в основном за счёт галактик малых масс, потому что таких галактик 98% и они первыми с увеличением расстояния r приобретают большОе красное смещение. Но зато такие малые галактики с увеличением r быстро переходят в ненаблюдаемое состояние, так как их блеск становится слабее флуктуаций фона ночного неба. При z ~ 2 происходит полное исчерпание слабых галактик как источника квазаров и в качестве квазаров начинают выступать галактики бОльших масс. Причём, чем больше масса, тем такие галактики реже встречаются. Этим объясняется резкий спад кривой на рис.8 при z > 2.

Таким образом, отказ от гипотезы Большого взрыва в пользу объяснения красного смещения излучением аккрецирующего газа позволяет объяснить все свойства квазаров, которые до настоящего времени считаются загадочными. В том числе и то, почему основная масса квазаров имеет красное смещение z ~ 2. Одно время даже выдвигалась гипотеза, что срок жизни квазаров невелик и видимые сейчас квазары стали квазарами лишь недавно,  а основная масса квазаров уже угасла.  Но от этой гипотезы пришлось отказаться, так как ей противоречат наблюдения квазаров с большими красными смещениями. Так, недавно был открыт  квазар, который имеет красное смещение 7,085.

Все популярные статьи, относящиеся к теме «Природа красного смещения галактик и квазаров», находятся в последнем разделе сайта http://www.red-shift.info/ ,
а научное обоснование идей, озвученных в популярных статьях, содержится в первых двух главах этого сайта.