Глава 3. Чем дальше в пространство - тем глубже во времени

§3.3. Квазары

Другим примером различия свойств Вселенной в прошлом (т.е. на больших расстояниях) и сейчас (т.е. вблизи нас) являются квазары (рис. 3.3.1). Источник энергии квазаров имеет размер меньше Солнечной системы, но оттуда исходит столько же энергии, сколько из нескольких десятков или даже сотен галактик, вместе взятых, каждая из которых содержит сотни миллиардов звезд!

В настоящее время доказано, что квазары расположены в ядрах далеких галактик. Согласно наиболее обоснованной гипотезе, в центре квазаров находятся огромные черные дыры, всасывающие вещество из своих окрестностей; потенциальная энергия падающего вещества переходит в энергию излучения квазара. Принципиально важно то, что все квазары — это очень далекие объекты, их красные смещения доходят до 5, причем максимальное их число имело место при z от 2 до 3 (рис. 3.3.2).

Из этого снова следует, что Вселенная в прошлом была иной — раньше ее свойства были таковы, что в ней образовывалось много квазаров (которые к настоящему времени потухли). Вероятно, дело тут в том, что квазары — это объекты, расположенные именно в молодых галактиках. В них темп поступления межзвездного газа в черную дыру был выше, поскольку самого этого газа было значительно больше. Кроме того, галактики в среднем были расположены ближе друг к другу, чем сейчас, и квазары могли вытягивать вещество из соседних звездных систем, а также из межгалактической среды, которая была более плотной. А еще раньше квазары, как и галактики, просто не успели образоваться.

Кроме того, квазары позволяют изучать свойства межзвездного и межгалактического газа, удаленного на большие расстояния от нас. Дело в том, что свет квазаров проходит через сравнительно холодные облака, лежащие на пути между квазарами и нами, и в спектрах квазаров возникают линии поглощения, характерные для этих облаков. Изучение этих линий позволило установить cледующие факты:

1. В газовых облаках с большими красными смещениями вещество менее богато тяжелыми элементами, чем в вещество в нашей Галактике и звездных системах, расположенных по соседству.

2. В областях Вселенной с большими красными смещениями в состав звезд входила меньшая доля материи, а в состав диффузного газа — большая доля, чем в среднем в близких областях Вселенной. В прошлом меньшая доля массы входила в звезды и соответственно большая в диффузную газовую среду.

Оба этих вывода нетрудно понять в свете принципа “чем дальше в пространстве — тем глубже во времени” в сочетании с современными представлениями об эволюции материи во Вселенной. Действительно, звезды образуются из газа и в конце своей эволюции часть их вещества возвращается в межзвездную среду, причем в ходе этого процесса меняется его химический состав: из-за термоядерных реакций в недрах звезд в веществе постепенно накапливается количество тяжелых элементов. Поэтому облака газа в прошлом, и следовательно, облака, наблюдаемые на больших расстояниях, должны иметь меньшую долю тяжелых элементов, чем в настоящее время, что и наблюдается. Далее, остатки звезд превращаются в белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры, которые уже не принимают непосредственного участия в образовании других звезд. Из-за этого запас газа в галактиках постоянно исчерпывается. Это объясняет, почему на больших расстояниях (а значит — в прошлом) в состав звезд входит меньшая доля массы и соотвественно большая в диффузную газовую среду. Таким образом, наблюдения линий поглощения в спектрах квазаров наглядно показывают изменение среднего материального состава Вселенной со временем.