Более естественным кажется взгляд на квазары как на одиночные массивные тела (иногда называемые «сверхзвездами»). Такие тела могут находиться в более или менее устойчивом равновесии под действием тяготения, светового давления, вращения и магнитных сил. Одним из источников излучения квазаров может быть гравитационная энергия, освобождающаяся при сжатии. Другое предположение состоит в том, что в центре квазара находится массивная «чёрная дыра», аккреция газа на которую и вызывает наблюдаемое излучение квазара.
Для понимания природы квазаров очень важен тот факт, что по многим характеристикам они похожи на ядра активных галактик (так называемых сейфертовских и N-галактик), хотя и сильно превосходят их по мощности излучения. Поэтому можно думать, что квазары представляют собой некоторый кратковременный этап в развитии ядер галактик.
Как уже говорилось, квазары, вследствие их огромных светимостей, наблюдаются на чрезвычайно больших расстояниях. Свет от квазаров идёт на нас миллиарды лет, причём в среднем дольше, чем от обычных галактик. Следовательно, квазары являются свидетелями очень далёкого прошлого Вселенной.
ЛИТЕРАТУРА К ГЛАВЕ VII
Амбарцумян В. А., Научные труды, т. I.— Ереван: Изд-во АН АрмССР, 1960.
van de Hulst Н.С. Light Scattering by small particles, 1957 (русск. перевод: ван де Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами.— М.: Изд-во иностр. лит., 1961).
Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Межзвёздная среда.— М.: Физматгиз, 1963.
Greenberg J. М. Interstellar grains.— 1968 (русский перевод: Гринберг М. Межзвёздная пыль.— М.: Мир, 1970).
Долгинов А.З., Гнедин Ю. Н., Силантьев Н.А. Распространение и поляризация излучения в космической среде.— М.: Наука, 1979.
Sрitzеr L. Yr., Physical Processes in the Interstellar Medium, 1978 (русский перевод: Сnитцep Л. мл. Физические процессы в межзвёздной среде.— М.: Мир, 1981).
Горбацкий В. Г. Космическая газодинамика.— М.: Наука, 1977.
Frontiers of Astrophysics/E. Avrett, ed., 1976 (русский перевод: На переднем крае астрофизики/Под ред. Ю. Эвретта.— М.: Мир, 1979).
Pacholczyk A. G., Radiogalaxies, 1977 (русский перевод: Пахольчик А. Радиогалактики.— М.: Мир, 1980).
Wееkеs Т. С. High-Energy Astrophysics, 1969 (русский перевод: Уикс Т. К. Астрофизика высоких энергий.— М.: Мир, 1972).
Неу J. S. The Radio Universe, 1975 (русский перевод: Хей Дж. Радиовселенная.— М.: Мир, 1978).
Глава VIII ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗВЁЗД
Теория внутреннего строения звёзд сильно отличается от изложенных выше разделов теоретической астрофизики. Прежде всего это объясняется необычностью физических условий внутри звезды, характеризующихся очень высокими температурами и большими плотностями. Поведение вещества и энергии при таких условиях выяснено ещё в недостаточной степени. Поэтому теория внутреннего строения звёзд может ещё встретиться со многими неожиданностями.
Другая особенность звёздных недр состоит в том, что они не могут наблюдаться с помощью обычных астрономических средств. Поэтому для проверки выводов теории могут быть использованы лишь косвенные соображения, а не прямые измерения. Правда, существует принципиальная возможность получения непосредственной информации о процессах, протекающих внутри звезды. Эта возможность заключается в измерении идущего от звезды потока нейтрино. Благодаря огромной проникающей способности этих частиц, они беспрепятственно выходят из звёздных недр наружу. Однако улавливать нейтрино весьма трудно, и создание «нейтринной астрономии» только начинается.
Основная задача теории внутреннего строения звёзд ставится так. Задана звезда с радиусом 𝑅, массой 𝑀 и светимостью 𝐿 и с определённым химическим составом. Известны граничные условия задачи, т.е. условия в поверхностных слоях звезды. Можно считать, что звезда находится в стационарном состоянии (это верно для подавляющего большинства звёзд). Требуется найти распределение плотности и температуры внутри звезды.
Однако теория должна не только выяснить строение отдельной звезды, но и объяснить различные статистические закономерности, найденные при рассмотрении совокупности звёзд. Главными из этих закономерностей являются следующие: 1) соотношение масса — светимость и 2) соотношение спектр — светимость (которое может быть также представлено как соотношение светимость — радиус).
При решении указанной основной задачи приходится, разумеется, пользоваться сведениями из теоретической физики. Как уже сказано, эти сведения могут оказаться недостаточными. Однако само изучение звёздных недр может приводить к расширению таких сведений. В качестве примера укажем на то, что поиски источников звёздной энергии способствовали открытию ядерных реакций, связанных с выделением больших количеств энергии. Несомненно, что подобные открытия будут происходить и в дальнейшем.
Теория внутреннего строения звёзд в своём развитии прошла ряд этапов. Первоначально в теории рассматривалось лишь механическое равновесие звезды под действием двух сил: тяготения и газового давления. При этом считалось, что давление пропорционально некоторой степени плотности. Эта теория нашла своё завершение в книге Эмдена [1]. В дальнейшем в уравнение механического равновесия было введено давление излучения и стало рассматриваться энергетическое равновесие звезды. Большое значение на этом этапе имели исследования Эддингтона [2]. Однако фундаментальный вопрос теории — вопрос об источниках звёздной энергии — долгое время оставался нерешённым. Лишь в сороковых годах было установлено, что основным источником звёздной энергии являются ядерные реакции, преобразующие водород в гелий. Это открытие послужило началом современного этапа теории.
На данном этапе разработка теории внутреннего строения звёзд теснейшим образом связывается с решением проблемы звёздной эволюции. Такая связь является совершенно естественной, поскольку структура звезды зависит от химического состава, а он меняется в ходе ядерных реакций.
В настоящей главе теория внутреннего строения звёзд излагается в порядке её развития. При этом первоначальные этапы теории рассматриваются весьма кратко, так как лишь очень немногие из полученных тогда результатов сохранили своё значение до нашего времени.
§ 35. Уравнения равновесия звезды
1. Уравнение механического равновесия.
Будем считать, что звезда обладает сферической симметрией и находится в равновесии под действием силы притяжения и силы газового давления. Пусть 𝑃 — давление и ρ — плотность внутри звезды. Эти величины зависят от расстояния 𝑟 от центра звезды.
Уравнение равновесия под действием указанных сил (т.е. уравнение гидростатического равновесия) имеет вид
𝑑𝑃
=-
𝑔ρ
𝑑𝑟
,
(35.1)
где 𝑔 — ускорение силы тяжести в данном месте звезды. Как известно, в случае сферической симметрии величина 𝑔 определяется формулой
𝑔
=
𝐺
𝑀𝑟
𝑟²
,
(35.2)
где 𝐺 — постоянная тяготения и 𝑀𝑟 — масса, заключённая внутри сферы радиуса 𝑟, т.е.