* * *
С конца 40-х годов, в 50-х и в начале 60-х годов три группы физиков-экспериментаторов (в Джодрелл Бэнка, Кембридже и Австралии) соперничали в создании все более сложных радиоинтерферометров, все большего размера с постоянно улучшаемым разрешением. Первая критическая отметка — стократное улучшение разрешения, достаточное, чтобы заинтересовать оптических астрономов, была пройдена в 1949 г., когда Джон Болтон, Гордон Стенли и Брюс Сли из австралийской группы определили границы ошибок для положения нескольких радиоисточников, не превышающие 10 угловых минут, т. е. они установили области на небе размером в 10 угловых минут, в которых должны лежать радиоисточники. (Десять угловых минут составляют одну треть видимого с Земли поперечника Солнца и, таким образом, это гораздо хуже, чем разрешение, которое дает человеческий глаз в видимом свете, но это замечательное разрешение при работе с радиоволнами.) Когда эти области были исследованы с помощью оптических телескопов, в некоторых случаях, включая и область Cyg А, там ничего особенно яркого, заслуживающего внимания не оказалось. Требовалось еще лучшее разрешение, чтобы выяснить, какие из огромного числа оптически тусклых объектов в заданных границах могут быть источниками радиоволн. В трех из обозначенных границами ошибок областях, однако, оказались чрезвычайно яркие оптические объекты: остатки древней сверхновой и две удаленные галактики.
Как бы ни было трудно для астрофизиков объяснить открытые Янски испускаемые нашей собственной галактикой радиоволны, гораздо труднее было понять, каким образом такие мощные радиосигналы могут посылать отдаленные галактики. Невозможно было поверить в то, что некоторые из самых ярких радиоисточников на небе могут быть настолько удалены (хотя, в конце концов, окажется, что так оно и есть). Поэтому казалось естественным сделать ставку на то (хотя те, кто так считали, окажутся в проигрыше), что каждый из радиосигналов из очерченных областей приходит к нам не из далекой галактики, а от одной из огромного множества оптически слабых, но расположенных поблизости звезд. Только улучшение разрешения позволило бы ответить наверняка. Физики-экспериментаторы продолжали продвигаться вперед, и отдельные астрономы начали с некоторым интересом краем глаза к ним присматриваться.
Летом 1951 г. команда Райля из Кембриджа достигла очередного десятикратного улучшения разрешения, и аспирант Райля Грэм Смит этим воспользовался, чтобы очертить для Cyg А границу погрешности в 1 угловую минуту — область достаточно малая, чтобы в ней размещалось лишь порядка сотни оптических объектов (объектов, наблюдаемых с помощью света). Смит отправил авиапочтой наиболее вероятную оценку и возможную погрешность измерений известному оптическому астроному Вальтеру Бааде из Института Карнеги в Пасадене. (Тому самому Бааде, который семнадцатью годами раньше вместе с Цвикки обнаружил сверхновые и предположил, что они обязаны своей энергией нейтронным дырам, см. главу 5.) Институт Карнеги владел 2.5-метровым (100-дюймовым) оптическим телескопом на горе Вильсон, который оставался крупнейшим в мире, пока Калтех, расположенный ниже по той же улице в Пасадене, не закончил сооружение 5-метрового (200 дюймов) телескопа на горе Паломар. Астрономы Карнеги и Калтеха сообща пользовались этими телескопами. Во время очередной по графику серии наблюдений на 5-метровом паломарском телескопе (рис. 9.3а) Бааде сфотографировал очерченный район, в котором, по словам Смита, лежал Cyg А. Этот участок неба, как и многие другие до этого, ни разу не исследовался с помощью большого оптического телескопа. Когда Бааде проявил фотографию, он едва мог поверить своим глазам. В очерченном районе находился объект, не похожий ни на один из когда-либо наблюдавшихся. Казалось, что это две сталкивающиеся друг с другом галактики (в центре рис.9.Зг). (Теперь, благодаря наблюдениям 1980-х годов, сделанным с помощью инфракрасных телескопов, мы знаем, что столкновение галактик было оптической иллюзией. На самом деле Cyg А — это одна галактика, а перед ней расположена полоса пылевого облака. Пыль поглощает свет таким образом, что единственная галактика выглядит как две сталкивающиеся.) Всю систему — центральную галактику вместе с радиоисточником впоследствии стали называть радиогалактикой.
В течение двух лет астрономы были уверены что радиоволны возникли при столкновении галактик. Затем 1953-й год преподнес другой сюрприз. Р.С.Дженнисон и М.К. Дас Гупта из группы Ловелла в Джод-релл Бэнк изучали Cyg А с помощью нового интерферометра, состоящего из двух телескопов: одного, закрепленного на земле, а другого, перемещавшегося по окрестностям на грузовике, захватывающего, таким образом, одно за другим большое число «пятен» на «тарелке» воображаемого телескопа с площадью в 4 километра (левая часть рис. 9.2). С помощью этого нового интерферометра (рис. 9.3 б,в) они обнаружили, что радиоволны Cyg А приходят не от «сталкивающихся галактик». Эти радиоизлучающие области, или лепестки, как их обычно называют, показаны в виде прямоугольников на рис. 9.3г вместе с оптической фотографией «сталкивающихся галактик», полученной Бааде. На рисунке также дана более детальная карта радиоизлучения лепестков, построенная шестнадцатью годами позже с помощью более совершенных интерферометров; эта карта показана с помощью тонких контурных линий, изображающих яркость радиоизлучения, так же как на топографической карте с помощью контурных линий приводится высота местности. Эти контурные картины подтверждают вывод 1953 г., что радиоволны приходят от гигантских лепестков газа с двух сторон от «сталкивающихся галактик». То, как оба этих огромных лепестка могут управляться единственной гигантской черной дырой, будет основным предметом обсуждения этой главы.
* * *
Эти открытия были достаточно поразительны, чтобы возбудить устойчивый сильный интерес оптических астрономов. Джесси Гринш-тейн был теперь не единственным, кто обращал серьезное внимание на проблему.
ЗС40 5 4 995 ГГц
Для Гринштейна эти открытия стали последней каплей. Не включившись в радиоволновую деятельность сразу после войны, американцы теперь стали сторонними наблюдателями величайшей со времен изобретения оптического телескопа Галилеем революции в астрономии. Эта революция теперь раздавала награды ученым Британии и Австралии, но не Америки.
Гринштейн тогда был профессором в Калтехе. Его пригласили сюда из Йеркеса для разработки программ астрономических исследований на новом 5-метровом оптическом телескопе и поэтому, вполне естественно, он отправился к президенту Калтеха, Ли ДюБриджу, и стал настаивать, чтобы Калтех начал строить свой радиоинтерферометр, который бы вместе с 5-метровым телескопом использовался для исследования удаленных галактик. ДюБридж, который во время войны возглавлял американские радарные работы, отнесся к идее с симпатией, но был осторожен. Чтобы подтолкнуть ДюБриджа к действию, Гринштейн организовал в Вашингтоне 5 и 6 января 1954 г. конференцию, посвященную будущему радиоастрономии.
В Вашингтоне, после того как гости из радиообсерваторий Англии и Австралии рассказали о своих замечательных открытиях, Гринштейн поставил вопрос о том: должны ли Соединенные Штаты оставаться радиоастрономической пустыней? Ответ был очевиден.
При сильной поддержке Национального Научного Фонда (NSF) американские инженеры, физики и астрономы приступили к форсированному сооружению Национальной радиоастрономической Обсерватории в Гринбэнк, в Западной Виргинии, а ДюБридж одобрил
9.3. Открытие удаленной радиогалактики Cyg А: (а) 5-метровый оптический телескоп, использованный Бааде и обнаруживший, что Cyg А связан с чем-то, что выглядит как две сталкивающиеся галактики, (б) Радиоинтерферометр в Джод-релл Бэнк, который в 1953 г. Дженнисон и Дас Гупта использовали для того, чтобы показать, что радиоволны приходят от двух гигантских лепестков вне сталкивающихся галактик. Две антенны интерферометра (каждая из которых была сетью проводов, натянутых на деревянную основу) показаны рядом. Во время измерения одна устанавливалась на грузовике и перемещалась по окрестностям, а другая оставалась неподвижной на земле, (в) Дженнисон и Дас Гупта изучают радиоданные в контрольной комнаты своего радиоинтерферометра. (г) Два гигантских лепестка радиоизлучения (показаны прямоугольниками), обнаруженных в измерениях 1953 г., наложены на оптическую фотографию «сталкивающихся галактик», сделанную Бааде. Также показана контурная карта лепестков с высоким разрешением, сделанная в 1969 г. в Кембридже группой Райля. [(а) Предоставлено Паломарской обсерваторией Калифорнийского технологического института; (б) и (в) предоставлено Наффилдской радиоастрономической лабораторией Манчестерского университета; (г) основано на работах Митгона и Райля (1969), Бааде и Минковского (1964), Джен-нисона и Дас Гупты (1954)]