Л.М. Топтунова

Квазары с большими красными смещениями

В статье «Так что же такое квазар» (http://www.astrogalaxy.ru/935.html) на конкретном примере показано, что квазары это просто оптическое явление.   Квазары с красными смещениями  z от 0,1 до 2 создаются галактиками малых масс. По поводу квазаров с красными смещениями z > 2 утверждается, что это массивные галактики.

При рассмотрении вопроса о природе квазаров с большими красными смещениями ключевую роль играет представление о магнитных полях галактик. Из теоретических соображений уже в восьмидесятых годах прошлого столетия было понятно, что у спиральных галактик возможны два типа магнитных полей – магнитное поле, идущее вдоль спиральных рукавов, и магнитное поле в направлении, перпендикулярном плоскости галактики. Существование магнитного поля, идущего вдоль спиральных рукавов, было вскоре подтверждено экспериментально как для нашей Галактики, так и для других спиральных галактик (рис.1) (http://www.seti-ceti.ru/ic342-magnet-fields).

http://www.seti-ceti.ru/assets/images/news5/s_ic342-magnet-fields.jpg

Рис. 1

Подтверждение существования магнитного поля в направлении перпендикулярном галактической плоскости в случае нашей Галактики столкнулось с большими трудностями. Тем более существование такого поля не удавалось подтвердить для других галактик. Тем не менее, в научной литературе по-прежнему высказывалась мысль, что спиральные галактики должны иметь полоидальные магнитные поля (магнитное поле называется полоидальным когда оно направлено вдоль линий, проходящих через полюсы галактики).

Полоидальные поля бывают двух типов – дипольные и квадрупольные (рис.2)

Рис. 2

 Многие вращающиеся космические тела имеют дипольное магнитное поле. Наиболее известные примеры магнитные поля Земли и пульсаров (рис.3)

Рис. 3

Подтверждение наличия полоидальных магнитных полей у массивных галактик появилось только в самое последнее время. Полученные доказательства основаны в основном на наблюдениях джетов. По поляризации излучения измерялась напряжённость магнитного поля в месте выброса джета из ядра галактики. Как сообщается, измеренная  напряжённость магнитного поля оказалась в сотни раз больше, чем у любого другого близлежащего объекта (http://ria.ru/space/20150417/1059137023.html). Большинство наблюдаемых полоидальных полей являются дипольными. Однако имеется также наблюдение квадрупольного поля (http://www.astronet.ru/db/msg/1237099) :

«…на оптических изображениях галактики NGC1097 было найдено четыре джета. Джеты образуют как будто крест, центр которого расположен прямо в ядре галактики».

Действительно, выбросы джетов из ядра квадрупольного поля должны иметь вид креста (рис.4)

Рис. 4

В настоящее время считается, что джетов у спиральных галактик быть не должно. Если иметь в виду выброс мощных  коллимированных (узких) джетов, как у галактики М87 (рис.5), то действительно, такие джеты присущи только массивным эллиптическим галактикам. В данное время большинством исследователей принято, что процесс испускания джета обусловлен тремя факторами – собственное вращение тела, аккреция вещества на его поверхность и мощное магнитное поле (http://www.newtheory.ru/astronomy/priroda-kosmicheskih-djetov-t2835.html).

 

m87-jet

Рис. 5

Массы больших эллиптических галактик на порядок больше массы крупных спиральных галактик. Аккреция на галактику пропорциональна массе галактики. Магнитное поле, по-видимому, тоже. Поэтому генерация таких джетов, как у галактики М87, наблюдается именно у массивных эллиптических галактик. У спиральных галактик не хватает для этого ни массы, ни мощности магнитного поля. Активность ядра спиральных галактик проявляется более скромно, например так, как у нашей Галактики – в виде пузырей Ферми (http://www.astrogalaxy.ru/902.html). Но и такая активность ядра свидетельствует о наличии у галактики полоидального магнитного поля (http://red-shift.info/_private/t5_36.htm) .

Вопрос о том, каков механизм коллимации (сжатия) джета эллиптических галактик, до сих пор находится в стадии гипотез. Одно из возможных объяснений сжатия джета в узкую струю можно найти  здесь (http://www.dslib.net/teor-fizika/jelektromagnitnye-mehanizmy-vydelenija-jenergii-v-kompaktnyh-astrofizicheskih.html).

Вот теперь, когда у нас есть представление о магнитных полях массивных галактик, можно рассмотреть вопрос о природе квазаров, имеющих большие красные смещения.

Квазары с большими красными смещениями – это далёкие спиральные или эллиптические галактики. Причём, преимущественно спиральные, так как среди всех галактик эллиптических галактик всего15%, а спиральных почти 80%.  Все квазары с большими красными смещениями это очень далёкие галактики, так как при сколь угодно большом разрешении они выглядят как звёзды. Джеты эллиптических галактик на фотографиях удаётся зафиксировать не часто, потому что из-за дальности расстояния он выглядят очень бледно. Исключение составляют случаи, когда джеты сталкиваются с межгалактической средой – места столкновения отличаются повышенной яркостью.

И спиральные,  и  эллиптические галактики ориентированы относительно наблюдателя произвольным образом. На рис.6 показаны спиральные галактики различной ориентации.

 

Рис. 6

 

Если галактика повернута к наблюдателю полюсом, то аккреционный механизм красного смещения будет проявляться наиболее сильно. Причина этого заключается в том, что аккрецирующий газ ионизован.  Падая в направлении полюса, ионизованный газ перемещается параллельно магнитным линиям (рис.7).  Не встречая сопротивления магнитного поля, газ ускоряется до релятивистских значений. Поэтому в случае, когда магнитная ось галактики параллельна направлению на наблюдателя, красное смещение будет максимальным.

Рис. 7

Газ, аккрецирующий по направлению, которое перпендикулярно к магнитной оси, будет замагничиваться. Именно газ, аккрецирующий перпендикулярно магнитной оси, создаёт аккреционные диски в спиральных галактиках.  Аккрецирующий газ часть времени находится в ионизованном состоянии, а часть времени в нейтральном. К ядру галактики он движется «короткими перебежками» в промежутках между двумя актами рекомбинации   в те периоды, когда газ нейтральный. Подробнее об этом см. (https://vk.com/doc310912968_406146738?hash=3cd920f393d35f8923&dl=513f185f5091a94144). Поэтому в случае, когда магнитная ось галактики перпендикулярна направлению на наблюдателя, красное смещение оказывается минимальным.

На рис.8  проиллюстрирована зависимость красного смещения галактики от ориентации магнитной оси относительно наблюдателя

Рис.8

Рисунок 8 наглядно иллюстрирует сильную зависимость красного смещения галактик от ориентации их магнитной оси. Это делает роль красного смещения z как индикатора расстояний до квазара весьма проблематичной.

В работе «Что такое красное смещение галактик» (http://www.red-shift.info/_private/t5_56.htm) была приведена зависимость красного смещения галактики от её массы

 ,                                                                              (1)

(B – константа).
Формула (1) была получена без учёта влияния магнитного поля. При наличии у галактик магнитного поля формула (1) тоже верна, но только для галактик с одинаковой ориентацией магнитных осей.

 

Замечание. Если высказанная выше мысль о том, что именно полоидальные магнитные поля служат причиной возникновения аккреционных дисков, а не наоборот, то в эллиптических галактиках тоже должен быть слабый аналог аккреционных дисков. И действительно, недавно в ближайшей эллиптической галактике М87 был зафиксирован небольшой аккреционный диск. Согласно сообщениям (http://compulenta.computerra.ru/universe/astronomy/711062/) «впервые удалось точно измерить сам аккреционный диск и установить, что он всего в 5,5 раза больше радиуса горизонта событий». Оставляем на совести современных астрофизиков сравнение радиуса аккреционного диска с радиусом горизонта событий чёрной дыры. Вопрос о внутренней противоречивости гипотезы  сверхмассивных чёрных дыр нуждается в отдельном рассмотрении.

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.