Красные смещения квазаров

Хотя некоторые объекты, ныне известные как квазары уже осознавались как принадлежащие новому и отдельному классу феноменов из-за их особых спектров, реальное открытие квазаров можно отнести к 1963 году, когда Мартин Шмидт определил спектр радио источника 3С 273 как сдвинутый на 16% в сторону красного. Наибольшую часть других определяющих характеристик, изначально приписываемых квазарам, пришлось определять тогда, когда было накоплено больше данных. Например, одно раннее описание определяло их как “похожие на звезды объекты, совпадающие с радио источниками”. Но современные наблюдения демонстрируют, что в большинстве случаев квазары обладают сложными структурами, определенно не похожими на звезды, и имеется большой класс квазаров, радиоизлучение из которых не обнаружено. Высокое красное смещение продолжало оставаться признаком квазара, а его отличительной характеристикой считался наблюдаемый диапазон величин, расширяющихся вверх. Вторичное красное смещение, измеренное у 3С 48, составляло 0,369, значительно выше первичного измерения 0,158. К началу 1967 года, когда были доступны 100 красных смещений, наивысшей величиной было 2,223, а ко времени публикации данной работы она поднялась до 3,78.

Расширение диапазона красного смещения выше 1,00 поставило вопрос об интерпретации. На основании предыдущего понимания происхождения Доплеровского смещения, красное смещение рецессии выше 1,00 указывало бы на то, что относительная скорость больше скорости света. Всеобщее признание точки зрения Эйнштейна, что скорость света – это абсолютный предел, делало такую интерпретацию неприемлемой для астрономов, и для решения проблемы прибегали к математике относительности. Наш анализ в томе I показывает, что это неверное применение математических соотношений в ситуациях, в которых можно пользоваться этими соотношениями. Имеются противоречия между величинами, полученными в результате наблюдения и полученными косвенными средствами. Например, измерением скорости посредством деления координатного расстояния на часовое время. В подобных примерах математики относительности (уравнения Лоренца) применяются к косвенным измерениям, чтобы привести их к согласованию с непосредственными измерениями, принятыми за корректные. Доплеровские смещения – это непосредственные измерения скоростей, не требующие коррекции. Красное смещение 2,00 указывает на относительное движение наружу со скалярной величиной вдвое больше скорости света.

Хотя в традиционной астрономической мысли проблему высокого красного смещения удалось обойти посредством трюка с математикой относительности, сопутствующая проблема расстояния-энергии оказалась более непокорной и сопротивлялась всем попыткам разрешения или ухищрениям. Ссылка на данную проблему, приводилась в главе 21, но ввиду того, что она представляет собой важную проблему, ответ на которую имеется у теории вселенной движения, в то время как у традиционной теории его не нет, в данной связи уместен обзор ситуации.

Если квазары находятся на расстояниях, указанных космологией, то есть, на расстояниях, соответствующих красным смещениям, согласно тому, что они являются обычными красными смещениями рецессии, тогда количество испускаемой ими энергии намного больше, чем можно объяснить известным процессом генерирования энергии или даже любым благовидным умозрительным процессом. С другой стороны, если энергии понижаются до заслуживающих доверия уровней посредством допущения, что квазары находятся намного ближе, тогда традиционная наука не имеет объяснения большим красным смещениям.

Очевидно, что-то нужно делать. Следует отказаться от того или другого ограничивающего допущения. Либо существуют ранее неоткрытые процессы, производящие намного больше энергии, чем уже известные процессы, либо имеются неизвестные факторы, выводящие красные смещения квазара за пределы обычных величин рецессии. По какой-то причине, рациональность которой трудно понять, большинство астрономов считают, что альтернатива красному смещению – это единственное, что требует пересмотра или расширения в существующей физической теории. Аргумент, наиболее часто выдвигаемый против возражений тех, кто склоняется в пользу не космологического объяснения красных смещений, таков: гипотеза, требующаяся измерения в физической теории, должна быть принята только как последнее средство. А вот то, чего не видят эти индивидуумы: последнее средство – это единственное, что остается. Если исключить модификацию существующей теории для объяснения красных смещений, тогда существующую теорию следует изменить для объяснения величины генерирования энергии.

Более того, энергетическая альтернатива намного более радикальная ввиду того, что она требует не только наличия абсолютно неизвестных новых процессов, но и включает огромное увеличение в масштабе генерирования, за пределами ныне известного уровня. С другой стороны, все, что требуется в ситуации красного смещения, даже если решение на основе известных процессов не может быть получено, – это новый процесс. Он не претендует на объяснение ничего большего, чем ныне признается прерогативой известного процесса рецессии; он просто используется для создания красных смещений на менее удаленных пространственных расположениях. Даже без новой информации, полученной в результате развития теории вселенной движения, должно быть очевидным, что альтернатива красному смещению – это намного лучший способ выйти из существующего тупика между энергией квазара и теориями красного смещения. Вот почему так значимо объяснение, появившееся в результате применения теории Обратной Системы для решения проблемы.

Такие умозаключения в чем-то академические, поскольку мы принимаем мир таким, каков он есть, нравится нам или нет то, что мы находим. Однако следует заметить, что здесь, вновь, как и во многих примерах на предшествующих страницах, ответ, который появляется в результате нового теоретического развития, принимает самую простую и самую логическую форму. Конечно, ответ на проблему с квазаром не включает разрыв с большинством основ, как ожидают астрономы, склоняющиеся в пользу не космологического объяснения красных смещений. Как они рассматривают ситуацию, следует включить какой-то новый физический процесс или принцип, чтобы прибавить к рецессии красного смещения квазаров “не скоростной компонент”. Мы же находим, что не требуется никакого нового процесса или принципа. Дополнительное красное смещение – это просто результат прибавленной скорости, скорости, избежавшей осознания из-за неспособности быть представленной в традиционной пространственной системе отсчета.

В предыдущей главе объяснялись природа и происхождение второго компонента красных смещений квазаров, компонента, созданного взрывом, и демонстрировалось, что надежность такого объяснения подтверждается анализом трехчленных “объединений”, определенных Гальтоном Арпом. В настоящей главе мы будем более детально исследовать красные смещения квазаров.

Как указывалось выше, ограничивающая величина скорости взрыва и красного смещения – это две результирующие единицы в одном измерении. Если скорость взрыва поровну делится между двумя активными измерениями в промежуточном регионе, квазар может преобразовываться в движение во времени, если компонент взрыва красного смещения в исходном измерении равен 2,00, а общее красное смещение квазара составляет 2,326. К моменту публикации книги Квазары и пульсары было опубликовано лишь одно красное смещение квазара, превышающее величину 2,326 на любое значимое количество. Как указывалось в том труде, красное смещение 2,326 – это не абсолютный максимум, а уровень, на котором происходит переход движения квазара в новый статус, который, как допускается в любом событии, может иметь место. Таким образом, очень высокая величина 2,877, приписанная квазару 4С 05 34, указывала либо на существование некоего процесса, в результате которого превращение, которое теоретически могло происходить при 2,326, задержалось, либо на ошибку измерения. Ввиду отсутствия других доступных данных, в то время выбор между двумя альтернативами представлялся нежелательным. В последующие годы обнаружили множество дополнительных красных смещений выше 2,326; и стало очевидным, что расширение красных смещений квазаров на более высокие уровни – явление частое. Поэтому теоретическая ситуация была пересмотрена и выяснена природа процесса, работавшего при более высоких красных смещениях.

Как мы видели, коэффициент красного смещения 3,5, превалирующий ниже уровня 2,326, – это результат равного распределения семи единиц эквивалентного пространства между измерением, параллельным измерению движения в пространстве, и измерением, перпендикулярным ему. Такое равное распределение – результат действия вероятности при отсутствии влияний в пользу одного распределения над другим, а другие распределения полностью исключаются. Однако имеется небольшая, но значимая вероятность неравного распределения. Вместо обычного распределения 3½ - 3½ семи единиц скорости, деление может стать 4 - 3, 4½ - 2½ и так далее. Общее число квазаров с красными смещениями выше уровня, соответствующего распределению 3½ - 3½, относительно невелико. И не ожидалось, что любая случайная группа умеренной величины, скажем, 100 квазаров, содержит больше одного такого квазара (если содержит вообще). Такого не оказалось и в репрезентативной случайной группе, исследованной в главе 25.

Ассиметричное распределение в измерении не оказывает значимых наблюдаемых влияний на уровня более низких скоростей (хотя оно создавало бы аномальные результаты в таком исследовании, как анализ объединений Арпа в главе 22, если бы было более обычным). Но оно становится очевидным на более высоких уровнях, поскольку приводит к красным смещениям, превышающим обычный предел 2,326. Благодаря второй степени (квадрату) природы межрегиональной связи, 8 единиц, вовлеченных в скорость взрыва, 7 из которых пребывают в промежуточном регионе, становятся 64 единицами, 56 из которых пребывают в этом регионе. Поэтому возможные коэффициенты красного смещения выше 3,5 увеличиваются пошагово на 0,125. Теоретический максимум, соответствующий распределению лишь в одном измерении, был бы 7,0, но вероятность становится незначимой на каком-то более низком уровне, по-видимому, где-то рядом с 6,0. Соответствующие величины красного смещения достигают максимума около 4,0. Следовательно, самые большие до сих пор измеренные красные смещения таковы:

Красное смещение

Увеличение коэффициента красного смещения из-за изменения распределения в измерении не включает никакого увеличения расстояния в пространстве. Следовательно, все квазары с красными смещениями 2,326 и выше пребывают приблизительно на одном и том же расстоянии в пространстве. Таково объяснение кажущегося несоответствия, входящего в наблюдаемый факт, что яркость квазаров с крайне высокими красными смещениями сравнима с яркостью квазаров с диапазоном красного смещения около 2,00.

Взрывы звезд, запускающие цепь событий, ведущую к испусканию квазара из галактики возникновения, сводят б о льшую часть материи взрывающихся звезд к кинетической и радиальной энергии. Остаток звездной массы разбивается на газ и частицы пыли. Часть рассеянного материала проникает в секторы галактики, окружающие регион взрыва, и когда один такой сектор выбрасывается как квазар, он содержит быстродвижущиеся газ и пыль. Из-за того, что максимальные скорости частиц пребывают выше скоростей, требующихся для ухода из гравитационного притяжения отдельных звезд, этот материал постепенно прокладывает путь наружу и со временем обретает форму облака пыли и газа вокруг квазара – атмосферы, как мы можем ее назвать. Излучение из звезд, составляющих квазар, проходит через атмосферу, повышая поглощение линий в спектре. Рассеянный материал, окружающий относительно молодой квазар, движется вместе с главным телом, и поглощение красного смещения приблизительно равно величине излучения.

Пока квазар движется наружу, составляющие его звезды становятся старше, и на последних стадиях существования некоторые из них достигают допустимых пределов. Затем такие звезды взрываются по уже описанному Типу II сверхновых. Как мы видели, взрывы выбрасывают одно облако продуктов наружу в пространство, а второе аналогичное облако наружу во время (эквивалентное выбросу внутрь в пространство). Когда скорость продуктов взрыва, выбрасываемых во время, накладывается на скорость квазара, уже пребывающего вблизи границы сектора, продукты переходят в космический сектор и исчезают.

Движение наружу продуктов взрыва, выброшенных в пространство, эквивалентно движению вовнутрь во времени. Следовательно, оно противоположно движению квазара наружу во времени. Если бы движение вовнутрь могло наблюдаться независимо, оно создавало бы синее смещение, поскольку направлялось бы к нам, а не от нас. Но поскольку такое движение происходит лишь в комбинации с движением квазара наружу, его влияние направлено на уменьшение результирующей скорости наружу и величины красного смещения. Таким образом, медленно движущиеся продукты вторичных взрывов движутся наружу так же, как сам квазар, а компоненты инверсной скорости просто задерживают их прибытие в точку, где имеет место превращение в движение во времени.

Следовательно, квазар на одной из последних стадий своего существования окружен не только атмосферой, движущейся с самим квазаром, но и одним или более облаками частиц, удаляющимися от квазара во времени (эквивалентном пространстве). Каждое облако частиц способствует поглощению красного смещения, отличающегося от величины испускания на величину скорости вовнутрь, приданной частицам внутренними взрывами. Как указывалось в обсуждении природы скалярного движения, любой объект, движущийся таким образом, может обретать еще и векторное движение. Векторные скорости компонентов квазара невелики по сравнению с их скалярными скоростями, но они могут быть достаточно велики для создания кое-каких измеряемых отклонений от скалярных величин. В некоторых случаях это приводит к поглощению красного смещения выше уровня испускания. Из-за направления наружу скоростей, возникших в результате вторичных взрывов, все другое поглощение красных смещений, отличающееся от величин испускания, пребывает ниже красных смещений испускания.

Скорости, приданные испускаемым частицам, не оказывают значимого влияния на z рецессии, как это делает увеличение эффективной скорости за пределами уровня 2,326; следовательно, изменение имеет место в коэффициенте красного смещения и ограничено шагами 0,125 – минимальным изменением в этом коэффициенте. Поэтому возможное поглощение красных смещений происходит посредством регулярных величин, отличающихся друг от друга на 0,125 z^½. Ввиду того, что величина z квазаров достигает максимума при 0,326, а вся вариабельность красных смещений выше 2,326 возникает за счет изменений коэффициента красного смещения, теоретические величины возможного поглощения красного смещения идентичны у всех квазаров и совпадают с возможными величинами красных смещений испускания.

Поскольку большинство наблюдаемых квазаров с высоким красным смещением является относительно старыми, их составляющие пребывают в состоянии крайней активности. Это векторное движение вводит в измерения красного смещения испускания некоторую неопределенность и делает невозможной демонстрацию точной корреляции между теорией и наблюдением. В случае поглощения красных смещений ситуация более благоприятная, поскольку измеренные величины поглощения для каждого из более активных квазаров образуют серии, а соотношение между сериями можно продемонстрировать даже тогда, когда у отдельных величин имеется значимая степень неопределенности.

Это иллюстрируется в таблице VII, сравнивающей измеренное поглощение красных смещений трех квазаров с высоким красным смещением с теоретически возможными величинами. В случае квазара ОН 471 корреляция впечатляет. За исключением коэффициента величины красного смещения 3,75, все наблюдаемые красные смещения пребывают в пределах 0,01 теоретических величин, и лишь одно из первых семи теоретически возможных поглощений красного смещения выпадает из наблюдаемого списка. В данном примере согласование между величинами достаточно близко, чтобы быть исчерпывающим само по себе. Разница между теоретическими и измеренными величинами для других квазаров в таблице обычно около 0,02. Поскольку интервал между последовательными теоретическими красными смещениями составляет лишь 0,07, расхождение 0,02 неудобно большое, если рассматривать каждую корреляцию отдельно. Но когда у квазара 4С 05 34 все величины, как серии, сравниваются с сериями теоретических величин, две серии явно согласуются. Данные для третьего квазара в таблице более рассеянны, но общая тенденция величин аналогичная.

В результате взрыва, красное смещение является продуктом коэффициента красного смещения и z^½, причем каждый квазар со скоростью рецессии z меньше 0,326, обладает своим собственным набором возможного поглощение красных смещений, а последовательные члены каждой серии отличаются на 0,125z². Одна из самых больших систем в данном диапазоне, исследованная до сих пор, – это квазар 0237-233, наблюдаемые красные смещения которого сравниваются с теоретическими величинами в Таблице IX. Звездочка указывает на среднее из двух или более измеренных величин.

В таблицу включены данные для квазаров PHL 938, 938 и 0424-131. Теоретическое поглощение красных смещений в таблице вычислено из наблюдаемого испускания красных смещений (указано символом Em), и, следовательно, может содержать ошибки, сделанные в ходе определения сдвигов испускания. По-видимому, основополагающих ошибок нет, поскольку корреляции между теорией и наблюдением почти так же близки, как и в Таблице VIII, где теоретические величины поглощения не зависят от каких-либо измерений.

Таблица VIII