Бюраканская концепция. По поводу 100-летия со дня рождения В.А.Амбарцумяна9.09.2008 21:06 | Ю. Н. Ефремов/ГАИШ, Москва
Не секрет, что и в работе больших ученых бывают увлечения, которые противники их идей классифицируют как лженауку. Так иногда называли и концепцию образования звезд и галактик, развивавшуюся директором Бюраканской обсерватории акад. В.А.Амбарцумяном (1908-1996) - однако в его работах смелые идеи сочетались с фундаментальными достижениями, навсегда оставшимися в истории науки. Это относится прежде всего к основам динамики звездных скоплений, заложенными Амбарцумяном еще в 1938 г. Не менее важен, повидимому, разработанный Амбарцумяном в те же годы математический метод восстановления трехмерного распределения из одномерного - он предназначался для целей звездной кинематики, но та же идея (и в последние годы со ссылками на первооткрывателя) широко используется в других областях, например в томографии.
Выделение звездных ассоциаций как молодых звездных группировок, более разреженных чем обычные скопления - также заслуга прежде всего В.А.Амбарцумяна. Именно с этого и началось в 1948 г. развитие «Бюраканской концепции» звездообразования.
Еще и 1927 г. Х.Шепли пришел к выводу, что звездные скопления в ряде случаев являются концентрированными частями больших систем. К такому же заключению пришел и В.Биделман, опубликовавший в 1943 г. результаты исследования звезд-сверхгигантов в области двойного скопления h и χ Персея. Физическая их связь со скоплением несомненна, но размеры всей группировки составляли примерно 200 пк (у рассеянных скоплений они очень редко превосходят 5 пк). В.Биделман заключил, что эти сверхгиганты не могли быть выходцами из двойного скопления, каждое из которых способно удержать своих членов, и что проблема динамики звездных облаков еще далека от решения. О.Струве исследовал в 1945 г. аналогичную группу сверхгигантов вокруг рассеянного скопления NGC 6231 (в Скорпионе).
И вот именно эти две группы были приведены В. А. Амбарцумяном в 1947 г. как примеры разреженных группировок горячих (спектральных классов О и В) звёзд, для которых он предложил название «звездные ассоциации». В Бюраканской обсерватории было найдено их много. Но дело было, конечно, не в новом названии для известных уже группировок. В. А. Амбарцумян оценил их плотность и пришел к выводу, что она недостаточна для динамической устойчивости (гравитационной связанности) группировки, подверженной действию приливных сил Галактики, масса которой в основном сосредоточена ближе к ее центру. Эта концентрация массы приводит к тому, что вращение Галактики является дифференциальным, угловая его скорость зависит от расстояния до центра. Ни Бидельман, ни Струве не отважились сказать, что ассоциации недолговечны, хотя в руках у Амбарцумяна были первоначально лишь их данные. Он нашел, что за срок порядка десяти миллионов ассоциации должны были бы распасться. Из динамической неустойчивости ассоциаций и самого их существования следовала молодость их звезд и вытекающие из этих соображений оценки возраста ассоциаций привлекли поэтому большое внимание.
Дело в том, что вывод о молодости горячих массивных звезд уже следовал из созданной в тридцатые годы Г.Бёте и другими теории термоядерных источников энергии звезд; подкрепление этой теории независимыми соображениями, основанными на наблюдательных данных, было очень важно. Как уже говорилось, Амбарцумян еще в 30-ые годы стал известен пионерными работами по динамике звездных скоплений, - а из них следовало, что обычное скопление сохраняется миллиарды лет.
Однако, на выводе о динамической неустойчивости ассоциаций В.А.Амбарцумян не остановился. По его оценке, за срок порядка 107 лет ассоциации должны заметным образом растянуться параллельно галактической плоскости, однако имевшиеся тогда наблюдательные данные этого не показывали. Отсюда В. А. Амбарцумян заключил, что звезды ассоциаций уже при рождении получили скорость не менее 1 км/с (иначе влияние дифференциальности галактического вращения (т. е. приливных сил центра Галактики) сказалось бы на форме ассоциаций), но и не более 10 км/c (такие большие скорости были бы легко заметны). А поскольку конденсация диффузного вещества может дать только устойчивую звездную систему, Амбарцумян был вынужден предположить, что звезды образуются вследствие взрывного распада компактных массивных ненаблюдаемых тел. Существование этих Д-тел и стало основным постулатом Бюраканской концепции.
Это предположение влечет и физические и чисто логические проблемы, что побудило многих астрономов выступить против него. Он противоречит наблюдаемой резкой концентрации молодых звезд к плоскости дисков галактик – газовые облака, порождающие звезды, концентрируются в этой плоскости, а у бесстолкновительной системы плотных тел нет физических причин концентрироваться в плоскости вращения системы. Об этом ему говорили некоторые отечественные и зарубежные астрономы, но Амбарцумян, соглашаясь, что механизм, который мог бы привести к концентрации плотных (протозвездных) тел в галактической плоскости неизвестен, от идеи Д-тел не отказывался. Такой механизм так никогда и не был найден, что и неудивительно – он противоречил бы давно установленным законам небесной механики…
Лауреат Сталинской премии В.А.Амбарцумян однако был поддержан большинством отечественных астрономов, а для зарубежных он был известен как создатель концепции расширяющихся звездных ассоциаций, а не странной гипотезы, которую они просто не воспринимали. Барт Бок в своей книге «Млечный путь» писал о роли Амбарцумяна в создании теории образования звезд из газовых облаков, и редактор перевода этой книги (я) должен был дать соответствующее примечание…
У нас представления о самом существовании звездных ассоциаций, их расширении и взрывном образовании звезд из ненаблюдаемых сверхплотных тел часто рассматривались как единое "учение", что побуждало противников В.А.Амбарцумяна выступать и против самой реальности звездных ассоциаций - но они существуют! Битва разгорелась на II совещании по вопросам космогонии в мае 1952 г. и закончилась победой В.А.Амбарцумяна. Он и его сторонники заняли господствующие высоты в отечественной астрономии. В те годы активно возражали ему Воронцов-Вельяминов, Лебединский, Гуревич, а позднее, в 1970-ые годы, борцом с концепцией Д-тел стал П.Н.Холопов, отметал ее И.М.Копылов, а на научно-популярном уровне сражался автор этой статьи. Отметим, что сама возможность критиковать "учение о звездных ассоциациях" (а оно было в 1950 г. удостоено Сталинской премии) говорит о том, что моральный климат в отечественной астрономии существенно отличался от такового, скажем, в биологии... Но напомним и слова С.Б.Пикельнера, сказанные им осенью 1975 г. на ученом совете ГАИШ о бюраканской концепции - это учение -- позор нашей астрономии.
Расширение ассоциаций определенно наблюдается, и долгое время лишь Амбарцумян мог его объяснить - взрывным образованием звезд из сверхплотного Д-тела. Важнейшая роль в динамической эволюции скоплений поступления в окружающую среду энергии, вырабатываемой внутри звезд - в виде звездного ветра и расширяющихся сверхновых, стала осознаваться лишь в конце 1970-ых годов. Воздействие этих звезд на газ выгоняет его из скопления и если теряется больше 30% исходной массы, скопление становится гравитационно несвязанным и распадается. Проблема не возникла бы, если бы подавляющая часть массы исходного газового облака быстро превратилась бы в звезды, но эффективность звездообразования (доля массы, перешедшая в звезды) обычно не превышает 10%. Довольно скоро молодая звездная группировка, потерявшая родительский газ, должна стать разреженной и большой по размерам, так что будет классифицироваться как ассоциация. Постаревшая же разреженная ассоциация исчезает из виду, поскольку более яркие звезды быстрее заканчивают свой жизненный путь.
Возможно, острые дискуссии, сотрясавшие нашу астрономию в начале 1950-х и возобновившиеся в 70-е гг. и не имели бы места, если бы этот простой механизм расширения и распада ассоциаций был бы тогда общепринят, как сейчас. Среди первых в обосновании этого механизма были В.Г.Сурдин и А.В.Тутуков в Москве и И.Г.Колесник в Киеве. Проблема сейчас состоит в том, как вообще объяснить существование массивных гравитационно связанных скоплений, ведь в них обязательно должны были быть 0-звезды и сверхновые.
В некотором смысле протоскопления действительно оказались плотными ненаблюдаемыми (до примерно 1975 г.) телами. Плотность молекулярных облаков, исследование которых началось с середины 70-ых годов, намного выше, чем у порождаемых ими звездных скоплений. Эти облака, состоящие в основном в молекулярного водорода, действительно являются протозвездными телами, ибо звезды образуются при гравитационном коллапсе самых плотных их областей. Однако еще и в 1986 г. В.А.Амбарцумян утверждал, что и звезды и туманности образуются из чего-то другого (и с тех пор по этому вопросу публично не высказывался).
Эта настойчивость в отстаивании заведомо безнадежной концепции кажется странной, трудно вообразить, что он сам не понимал роли изгнания газа освобождающейся энергией массивных горячих звезд. И.С.Шкловский в разговоре с автором (которому суждено было стать последним) в декабре 1984 г. назвал ее лысенковщиной, и добавил, что и социальные корни те же...
Итак, В.А.Амбарцумян первый обратил внимание на ключевую роль разреженных группировок горячих звезд для понимания их происхождения – и дал этим группировкам название. Великое дело - своевременно дать название, ввести новый термин. В начале 1960-ых годов он призвал обратить особое внимание на ядра галактик и на идущие в них нестационарные процессы, связанные с выделением огромной энергии, что приписывалось опять же активности неких сверхплотных тел. Природа этих тел не конкретизировалась, теория не строилась, но призыв встретил широкий отклик - особенно после обнаружения в 1963 г. огромной светимости и переменности блеска квазаров, которые довольно скоро были расшифрованы как компактные ядра галактик. Пионерская роль Амбарцумяна в привлечении внимания к ядрам галактикам была отмечена крупнейшим астрономом современности А.Сендиджом.
В конце 60-ых годов уже рассматривалась возможность выделения энергии при процессах аккреции вещества на сверхмассивные черные дыры, возможно находящиеся в ядрах галактик. Сейчас это объяснение, разработанное в основном Я.Б.Зельдовичем и его школой (которые предлагали намного более удачный термин – коллапсар - вместо черной дыры) практически общепринято, однако В.А.Амбарцумян его отрицал.
Ныне предположения о существовании в центрах больших галактик черных дыр с массами в миллионы и миллиарды солнечных можно избежать, только предположив существование там еще более удивительных объектов, незнакомых современной физике. В сущности это и предполагал Амбарцумян, но необходимости в такой экзотике повидимому нет.
Большинство
астрономов считает, что центральные черные
дыры образуются в галактиках благодаря
стеканию к центру потерявших момент звезд
и газа из центральных частей сфероидального
гало галактики. Однако же возможность
существования первичных, "космологических"
черных дыр становится кажется сейчас
реальной, потому что большие галактики
с «активными ядрами» (термин Амбарцумяна)
стали открываться и на расстояниях, соответствующих
возрасту Вселенной слишком малому, чтобы
успела созреть черная дыра в центре готовой
галактики. Первичные сверхмассивные
черные дыры, если они есть, притягивают
к себе темную материю и уже потом вокруг
них может появиться звездная система.
Так или иначе, ядра галактик остаются
самой горячей точкой современной астрономии.
(Космология – это уже скорее физика).
Первые определения скоростей галактик в их скоплениях поставили проблему, не до конца решенную и поныне. В 1933 г. Ф.Цвикки обнаружил, что дисперсия скоростей галактик в скоплении Волос Вероники составляет около 1000 км/с. В предположении гравитационной связанности этого скопления отсюда следовала очень большая масса галактик в скоплениях, много больше, чем следовало из обычного для галактик отношения массы к светимости. Аналогичный результат был получен затем для скопления галактик в Деве. Цвикки не мог найти объяснений этой странности. На проблему почти не обращали внимания до 1958 г., когда В.А.Амбарцумян предположил, что массы галактик в скоплениях "нормальные", а их высокие скорости объясняются тем, что скопления гравитационно не связаны и распадаются подобно звездным ассоциациям. Согласно так называемой теореме о вириале, в устойчивой гравитационно связанной системе потенциальная энергия (определяемая взаимным тяготением ее членов) должна быть равна по абсолютной величине удвоенной кинетической энергии. Масса скоплений галактик, - в предположении их связанности - определяемая по этой формуле, как правило, оказывается в десятки раз больше суммарной массы входящих в состав скопления галактик. (Массы же индивидуальных галактик определяются по их кривым вращения, по ширине линий в их спектрах, определяемой дисперсией скоростей звезд внутри их, и из косвенных соображений, по зависимости масса - светимость для звезд.) Необходимо было либо допустить наличие в скоплениях скрытой массы, либо считать скопления нестабильными. (От редакции: см.Скрытая масс )
В 1970-ых годах И.Д.Караченцев по данным о размерах скоплений и дисперсии скоростей галактик в них нашел, что это предположение ведет к срокам жизни скоплений не более 1 миллиарда лет. Это ставило под сомнение теорию звездной эволюции, согласно которой возраст старейших звезд в галактиках оценивался в 10 - 15 миллиардов лет. Само существование скоплений, несмотря на их нестабильность, приводило к выводу о продолжающемся в них и сейчас образовании галактик - очевидно, из вещества, не имевшего массы на предгалактической стадии, иначе скопления следовало бы считать достаточно массивными и стабильными…
Как мы видели, аналогичный весьма странноватый вывод делался в свое время и в отношении звездных ассоциаций. Этот "вириальный парадокс" долго оставался неразрешенным. В.А.Амбарцумян и его немногочисленные сторонники находились в логическом тупике, не признавая, что эта идеология приемлема как заслуживающая обсуждения гипотеза лишь в контексте стационарной космологии - продолжающегося в ядрах галактик рождения вещества, которое, согласно космологической концепция Хойла, Бонди и Голда, должно обеспечить постоянную плотность Вселенной, несмотря на её расширение. Взгляды Ф.Хойла были осуждены еще на 2-ом Всесоюзном совещании по космогонии как явный идеализм, и возможно, В.А.Амбарцумян не хотел попасть в ряды "хойлистов".
К 1970-ым годам уже были известны признаки того, что ненаблюдаемое гравитирующее вещество имеется и в индивидуальных галактиках, а позднее стало ясно, что оно преобладает и в скоплениях галактик и имеется и за пределами самих галактик. Наблюдения лучевых скоростей нейтрального водорода показали, что высокие скорости вращения дисков галактик сохраняются и на очень больших расстояниях от центра, там, где звезд уже не видно. В 1974 г. Дж.Острайкер и Дж.Пиблс и независимо от них Я.Эйнасто и его сотрудники, анализируя зависимости скоростей вращения галактик от расстояния до их центров и плотность вещества в их дисках, пришли к выводу о существовании у галактик обширных корон из темного вещества, в которых может заключаться около 90% массы галактики. Массы галактик следовало увеличить на порядок. Вывод о наличии в галактиках и вне их, в скоплениях галактик, ненаблюдаемой скрытой массы, на порядок превышающей массу звезд, довольно быстро стал общепринятым. Ныне это часть «стандартной» космологической модели.
Природа носителей этой массы неизвестна и до сих. Наиболее вероятными претендентами являются слабо взаимодействующие массивные частицы (WIMP), которые еще предстоит открыть. Для этого приходится залезать под землю - пытаются измерить годичные вариации в частоте некоторых ядерных превращений, стимулированных столкновением с WIMP, приходящими из глубин Галактики. Вращение Земли вокруг Солнца модулирует частоту наших встреч с этими частицами. Это пожалуй самый яркий пример единства задач физики и астрономии, - эти науки дОлжно ныне различать лишь по их методам. Затянувшиеся поиски этих частиц привели к появлению экзотической гипотезы о необходимости несколько изменить теорию всемирного тяготения для масштабов галактик - но Я.Б.Зельдович справедливо говорил, что «новую физику» можно принять только под дулом пистолета – когда все остальные выходы исчерпаны. Вспомним, что предсказанное теорией нейтрино искали около 40 лет – и ведь нашли же.
Мы видим, что В.А.Амбарцумян снова обратил внимание на важнейшую проблему, но предложенное им решение задачи снова оказалось неверным. И всё же смелая, стимулирующая гипотеза – ещё не лженаука. Она превращается в элемент лженауки, когда на ней настаивают вопреки множеству независимых подтверждений другой точки зрения. Амбарцумян настаивал слишком долго. И всё же он был романтиком в науке - не беспочвенным фантазёром и не лжеучёным.
Природа иногда подшучивает над взыскующими истину. В.А.Амбарцумян был счастлив, когда в 70-ых годах было обнаружено движение газа из ядра галактики
М
106
(NGC 4258) вдоль спиральных рукавов -
однако позднее выяснилось, что
эти аномальные рукава являются
на самом деле джетами, истекающими
из ядра галактики под небольшим углом
(а это редкость) к ее плоскости.
У М 106 есть и нормальные рукава – и
газ отклоняется внутри них от кругового
вращения совсем немного, - как и во всех
других спиральных галактиках.
Предположение об образовании звезд и галактик из некоего сверхплотного вещества получили у нас название "бюраканской концепции". Ее сторонники в сущности утверждали, что происхождение и звезд и галактик покрыто мраком неизвестности. Даже в 1982 г. В.А.Амбарцумян писал (Sky & Telescope, v. 64, 518): "Я полагаю, что все начинается с очень массивных ядер. Однако даже в моей стране многие придерживаются противоположного мнения: они думают, что в начале всего были газ и пыль. Однако мы повсюду наблюдаем потерю вещества; никто не наблюдал коллапс газовой туманности в звезду".
В начале звёзд действительно был плотный газ, всегда сопровождаемый «пылью» - частицами сажи (углерода), вокруг которых концентрируются молекулы полиароматических углеводородов. (Органики в космосе сколько угодно, окаймляющие спиральные рукава галактик пылевые полосы насыщены такими молекулами). Однако черные дыры действительно являются достаточно плотными и (в центрах галактик) очень массивными объектами. Никто никогда не отождествлял их с мифическими Д-телами Амбарцумяна, но как уже говорилось, возможность существования первичных, «космологических» черных дыр обсуждается теперь вполне серьезно.
Автор долгие годы боролся с бюраканской концепцией (и заслужил одобрение И.С.Шкловского и В.Л.Гинзбурга), однако необходимо признать, что проблема образования галактик остается нерешенной и по сей час. Такова диалектика познания. Видел же я В.А.Амбарцумяна раза три или четыре. Примерно в 1970 г. на пленуме Астросовета в Бюракане он, задавая вопрос докладчику, И.С.Шкловскому, обратился к нему так: «Иосиф Виссарионович, а что Вы думаете о…» - и умолк. Шкловский окаменел, зал грохнул, я свалился со стула.
Уже в перестройку, затевалась очередная
книга по истории нашей астрономии
(с моим участием). В.А.Амбарцумян
был на заседании в ГАИШе по этой теме
и я ощутил пожатие его теплой руки.
Книга так и не вышла, но второй
экземпляр моей машинописи об истории
звездной астрономии в России я нашел
года два назад на полу за письменным
столом в неприглядном виде. Г.А.Пономарева
перевела ее в электронопись, добавила
свой материал, и недавно эта статья
появилась в т. 33 «Историко-астрономических
исследований». ..
|
Публикации с ключевыми словами:
история астрономии
Публикации со словами: история астрономии | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
