Мы обнаруживали галактики с таинственными и необычными свойствами. Одни имеют мощное радиоизлучение, другие интенсивно излучают в рентгеновском диапазоне, третьи отличаются сильным оптическим излучением, а вблизи центра наблюдается быстро движущийся газ. Ни одно из этих проявлений не характерно для галактики, являющейся лишь большим скоплением звезд. Астрономы обозначают галактики с особенно интенсивными энергетическими процессами в ядре общим термином «активная галактика».
Поскольку я занимаюсь оптической астрономией, то, как правило, предпочитаю видимые данные, но для изучения активных галактик я воспользовался «Очень большой решеткой» (VLA) в Нью-Мексико: я работал в той же аппаратной, где во время съемок фильма «Контакт» Джоди Фостер получила послание от инопланетян. VLA представляет собой комплекс из 27 тарелок (каждая диаметром 25 м), которые можно конфигурировать в форме буквы Y, размещенной на плоскости в 40 км. Тарелки перемещают по железнодорожным путям, увеличивая и уменьшая расстояние между ними. Пока местные радиоастрономы охотно помогали мне с обработкой данных, я заметил, что им нравится сохранять ауру таинственности вокруг своей работы. Я был не более чем почетным гостем в их племени.
Радиоастрономы уделяли особое внимание источникам, неразличимым для существующих интерферометров. Изменчивость источников свидетельствовала об их размерах – ненамного больше нашей Солнечной системы. В 1960-х гг. ученые задумали создать радиотелескоп размером с Землю. Нужно было найти другой способ сопоставления сигналов разных телескопов, поскольку для трансконтинентальной передачи не годились кабели и линии СВЧ-связи. Радиоастрономы решили записывать сигнал каждого телескопа на магнитную пленку с указанием времени по атомным часам и далее сводить сигналы всех пленок и получать интерференционные полосы – а затем карту. Данные кропотливо обрабатывались, что требовало таких технических средств, как атомные часы, компьютеры и магнитофоны. В 1967 г. группы американских и канадских астрономов наблюдали несколько источников при помощи антенн, находящихся на расстоянии 200 км. Через год они подключили удаленные антенны в Пуэрто-Рико, Швеции и Австралии. База увеличилась до 10 000 км, или 80 % диаметра Земли. Угловое разрешение выросло в 1000 раз, до одной тысячной доли угловой секунды – это угловой размер десятицентовой монетки на вершине Эйфелевой башни, если смотреть на него из Нью-Йорка (илл. 23). Теперь радиоастрономия располагала гораздо более четкими изображениями – по сравнению с оптической астрономией.
Новую технологию назвали интерферометрией с очень длинной базой (Very Long Baseline Interferometry, VLBI). В 1970 г. радиоастрономы, изучая квазары при помощи VLBI, заметили, что самые компактные радиоисточники создают односторонние струи, в которых часто присутствуют «пузыри» – или горячие точки. Собрав данные за год, они увидели, как эти пузыри удаляются от ядра. Астрономы привыкли иметь дело с огромной временной шкалой межгалактической Вселенной, поскольку галактика совершает один оборот за сотни миллионов лет, и были счастливы, заметив изменения, происходящие от года к году
[139]. Однако, преобразовав наблюдаемое поперечное перемещение пузырей в скорость, они были потрясены: скорость разлета в 5–10 раз превышала скорость света. Это нарушение принципа относительности? Нет, всего лишь оптическая иллюзия. Поскольку джет от компактного радиоисточника направлен практически прямо на нас, а пузыри двигаются с околосветовой скоростью, создается впечатление, что они быстро движутся в поперечном направлении. Представьте, что кто-то с Земли перемещает по поверхности Луны световое пятно очень мощного прожектора. Если луч двигается быстро, наблюдателю на Луне покажется, что он перемещается быстрее света, хотя фотоны луча летят со скоростью света – и ни на йоту быстрее. Этот феномен, называемый сверхсветовым движением, наблюдался у десятков компактных радиоисточников.
Ювелирно точное картирование радиоисточников показало, что радиоастрономы могут получать такие же прекрасные изображения, как и в оптической астрономии (илл. 24)
[140]. Данные поддерживают гипотезу сверхмассивных черных дыр. Мощное радиоизлучение свидетельствует о работе ускорителя частиц, а компактность означает, что излучение приходит из крохотной области пространства. На это способна только гравитационная машина – такая, как черная дыра. Кроме того, поскольку галактики имеют импульс, а компактный объект в центре галактики должен быть вращающимся, газ будет улетать от него над полюсами вдоль оси вращения. Черная дыра намного более мощный ускоритель частиц, чем любое творение рук человеческих. Гравитация питает парные джеты намагниченной плазмы, которые выбрасываются вовне из области вблизи черной дыры почти со скоростью света, протягиваясь далеко за границы галактики и освещая радионочь.
«Зоопарк» активных галактик
В притче о слепцах, ощупывавших слона в попытке узнать, как он выглядит, говорится, что один потрогал ногу и сказал, что слон похож на колонну, второй – хвост и сравнил слона с веревкой, третий ощупал ухо и сказал, что слон напоминает лист пальмы, а четвертому, ощупавшему бивень, слон показался похожим на трубу (илл. 25). Эта притча показывает, как опасно делать выводы на основании неполной информации. Давайте посетим «зоопарк» активных галактик и узнаем, на что похожи эти создания.
Активные галактики определяются через отрицания: их поведение в энергетическом отношении невозможно объяснить составом звезд или звездными процессами. Их изучение началось со спиральных галактик, открытых Сейфертом в 1943 г. Их яркое голубое ядро и широкие эмиссионные линии указывали на газ, движущийся необъяснимо быстро для нормального паттерна вращения галактики
[141]. Теперь мы понимаем, что галактики Сейферта – это «недостающее звено» между нормальными галактиками и квазарами, поскольку они имеют нетепловое излучение, но находятся ближе и являются менее яркими, чем квазары. Однако, поскольку галактики Сейферта были позабыты на несколько десятилетий, на момент открытия квазары казались беспрецедентным явлением. С помощью космического телескопа «Хаббл» астрономы сделали фотографии глубокого космоса и доказали, что «туман» вокруг квазаров в действительности является светом дальней галактики. Возвращаясь к аналогии с полетом над ночным Лос-Анджелесом, можно назвать это демонстрацией того, что квазар как источник света обитает в звездном мегаполисе
[142].
