22.5. ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Наверное, все ученые имеют дурную привычку отдавать все силы разработке частных вопросов, в решении которых они могут надеяться на успех, а по-настоящему трудные фундаментальные проблемы оставлять напоследок. Я здесь поступил также в отношении источников энергии активных ядео.

Непосредственные данные об этом центральном источнике получают из наблюдений оптического непрерывного излучения источников максимальной светимости, таких, как квазары и объекты типа Ящерицы. Любая теория должна объяснить, каким образом объекты со светимостью могут менять блеск в течение недель или даже меньше. Традиционно выделяют три типа моделей: 1) компактное скопление быстро эволюционирующих массивных звезд; 2) «сверхзвезда», т.е. более или менее обычная звезда только большой массы; 3) черная дыра.

Меньше всего трудностей связано, по-видимому, с третьей гипотезой, согласно которой источником энергии является аккреция вещества на массивную черную дыру. В рамках модели (1) трудно объяснить достаточно сильные изменения полной светимости. Например, если бы флуктуации были связаны, скажем; со сверхновыми, то соответствующие изменения блеска оказались бы ничтожными, поскольку обычная сверхновая никогда не бывает ярче, чем довольно слабая галактика. Статистические флуктуации их числа не в состоянии привести к изменению светимости квазаров на величину

Чтобы спасти эту гипотезу, делались различные остроумные предположения, например, о том, что к большим флуктуациям могут приводить коллективные эффекты, и т.д., но мне эти модели представляются не очень убедительными.

Сверхзвезды модели (2) абсолютно неустойчивы и не в состоянии генерировать энергию в течение 108 лет, как того требуют наблюдения радиогалактик. В одном из вариантов этой модели рассматривают так называемые «спинары» или «магнитоиды», которые поддерживаются в равновесии быстрым вращением и (или) турбулентностью и магнитными полями. Сторонники этой модели утверждают, что такие объекты устойчивы и что, подобно гигантским пульсарам, они являются мощными источниками электромагнитного излучения и космических лучей. В очень грубом приближении можно представить себе активное ядро как нечто похожее на Крабовидную туманность с пульсаром, но увеличенную в раз.

Астрономы считают гипотезу черной дыры привлекательной по следующим причинам:

1. Точно известно, что нейтронные звезды существуют, а от нейтронной звезды до черной дыры всего один шаг. Например, радиус нейтронной звезды массой только в три раза превышает критический радиус Шварцшильда. Если могут образовываться объекты, радиус которых всего в три раза больше, то почему не могут существовать черные дыры?

2. Наиболее вероятным завершением эволюции в моделях (1) и (2) является образование в центре галактики массивной черной дыры. Поэтому волей-неволей мы и здесь приходим к массивной черной дыре.

3. В черных дырах гравитационная энергия может весьма эффективно преобразовываться в «полезные» формы. В частности, дисковая аккреция, такая же, как в двойных рентгеновских системах может происходить в галактических масштабах, обеспечивая выделение огромных количеств энергии при относительно скромном темпе аккреции вещества. В

качестве примера воспользуемся эддингтоновской предельной светимостью, поскольку она соответствует максимальному энерговыделению при аккреции (п. 16.5.2). Тогда мы получим, что светимость может обеспечить черная дыра массой примерно Теперь предположим, что эффективность аккреции высока, скажем, 1—10% энергии покоя падающего вещества преобразуется в излучение. Тогда темп снабжения черной дыры «топливом» будет связан со светимостью выражением При получим Это довольно скромная цифра, если учесть, что обмен массой между звездами и межзвездной средой в нашей Галактике составляет примерно Откуда берется масса для питания черной дыры, точно не известно. Было предложено много вариантов, и, возможно, каждый из них реализуется, но при определенных условиях.

4. В разд. 16.6 мы привели свидетельства существования массивного тела в центре Простейшей интерпретацией этих данных является, по-видимому, предположение о том, что этот объект является черной дырой.

Ни один из этих аргументов не исключает окончательно модели (1) и (2), но модель с черной дырой является простейшей. Вероятно, самое замечательное то, что никто не удивится, если она окажется правильной.

Однако, даже если принять эту модель, все равно совершенно непонятно, откуда берутся частицы высоких энергий. Предлагались различные объяснения, многие из них мы изложим в гл. 24.