6.2. РАДИОСВОЙСТВА

Прошло уже около 30 лет с тех пор, как Дженнисону и Дас Гупта 195] удалось разрешить радиоисточник Cygnus А на две компоненты сравнимой яркости, разнесенные примерно на и находящиеся на противоположных сторонах объекта, оказавшегося гигантской эллиптической галактикой с активным ядром. Это наблюдение позволяло освободиться от использования выдвинутой ранее идеи [8], что экстрагалактические радиоисточники представляют собой сталкивающиеся галактики. Это было также первым примером геометрии источника (двойная структура или в более общем случае линейная структура), которая с тех пор повторялась в радионаблюдениях сильных источников. В самом большом из известных источников, [223], который имеет в длину, выстроенная двойная структура наблюдается в масштабах от вплоть до причем самые малые структуры расположены в ядре ассоциированной галактики. Сейчас имеется несколько примеров очень малых в поперечнике) компактных источников с тем же позиционным углом в небе, что и большие ассоциированные протяженные источники (см., например, [165]), хотя это ни в коей мере не является общим случаем. Многие компактные источники разрешаются в две компоненты, которые кажутся удаляющимися друг от друга со скоростями, превышающими 2 с (что объясняется, вероятно, кинематическими эффектами; см., например, [27]). Здесь снова последовательные вспышки происходят обычно в одном и том же направлении (см., например [50]).

Аргументы, независимые от этих наблюдений (см. обзор Де Янга [55]), наводят на мысль, что мощность, питающая большие источники, должна непрерывно генерироваться ассоциированными квазарами и, вероятно, поставляется сквозь окружающую среду по двум каналам. Очевидно, что для центральных областей квазара должен существовать какой-то способ «помнить» определенное направление в течение времени жизни радиоисточника (типичное время 108—109 лет). Лучший способ запоминания этого — существование спиновой оси, возможно, связанной с центральным плотным

звездным скоплением или газовым облаком, но более вероятно принадлежащей единственному когерентному объекту (черной дыре?), размеры которого гораздо меньше парсека.

Второй аргумент в пользу существования очень плотной структуры в квазарах основывается на наблюдаемом временнбм масштабе вариаций оптической светимости компактных «центральных» источников, который в некоторых квазарах достигает дня (см., например, [214]). В отсутствие кинематических эффектов причинность ограничивает размер излучающей области величиной шварцшильдовских радиусов. Как следует из энергетических соображений, квазары должны поставлять характерную энергию за их времена жизни, а это, вероятно, означает, что массы их источников энергии превосходят Если быстро флуктуирующие квазары типичны для класса как целого, то энергия должна производиться в области, очень близкой к полному коллапсу. (Можно было бы обойти этот аргумент. Если, например, квазар заключает в себе плотное звездное скопление и каждая вспышка соответствует образованию новой нейтронной звезды или черной дыры, тогда скопление может простираться дальше Постоянная ось вращения могла бы обеспечиваться либо образованием всех звезд из дифференциально вращающегося диска с параллельными спинами, либо (что более правдоподобно) использованием асимметрии в облаке окружающего газа для формирования выхода энергии. Одна из проблем, возникающих при развитии идеи такого типа, состоит в том, что энергия, связанная со вспышкой индивидуального квазара, по-видимому, не принимает специфических значений, которые могут быть связаны с объектами в фактически она изменяется в пределах от до

Если квазары обеспечиваются горючим за счет аккреции газа на черные дыры, имеется характерное время [174], которое не зависит от массы дыры: когда эддингтоновская светимость высвобождается при падении газа с (типичной) эффективностью т. е. когда то лет. Это время отличается меньше чем на порядок величины от других независимых оценок времен жизни квазаров.

Переменное радио излучение от большинства квазаров, вероятно, является синхротронным излучением, испускаемым релятивистскими электронами, вращающимися в магнитостатических полях. Теория синхротронного излучения предсказывает для радиокомпонент минимальный линейный размер (см., например, [331 и ссылки там). Это предсказание основывается на следующем. Энергия релятивистского электрона, излучающего на частоте в магнитном поле с напряженностью В, равна Исходя из термодинамики, мы ожидаем, что энергия электрона превышает произведение постоянной Больцмана и «яркостной температуры» наблюдаемого излучения, а (по определению, пригодному для рэлей-джинсовского участка спектра чернотельного

излучения) где — полная радиосветимость и линейный размер источника. Поэтому для данного поля излучения мы имеем нижнюю границу линейного размера источника

Казалось бы, величину можно сделать сколь угодно малой просто путем уменьшения В. Однако это не так, поскольку, если источник становится слишком компактным, плотность энергии радиоизлучения превосходит плотность магнитной энергии релятивистские электроны теряют гораздо больше энергии за счет «обратного комптоновского» рассеяния радиофотонов, чем за счет синхротронного «рассеяния» виртуальных квантов в магнитном поле, и требования к полной мощности источника становятся запрещающими. (Каждое обратное комптоновское рассеяние фотона увеличивает его энергию в раз.) Грубая прикидка, которая в большинстве случаев достаточно хороша, показывает, что радиояркостная температура едва ли превышает К и что соответственно

Тогда размер радиоисточника в типичном случае в 104 раз больше, чем размер предполагаемой центральной черной дыры. Энергия, необходимая для ускорения излучающих электронов, должна быть перенесена от дыры к компонентам в сравнительно полезной «низкоэнтропийной» форме, такой, как большое количество кинетической энергии. Диссипация всей энергии вблизи горизонта в виде свободно уходящих фотонов или релятивистских частиц невыгодна, если вы хотите объяснить радионаблюдения. Это важное ограничение на модели квазаров с черными дырами.