Визитной карточкой» квазара является определенный набор линий в спектре, очень сильно смещенных от их обычных положений. Наиболее яркий пример представляют линии серии Лаймана. Они обусловлены переходом электронов в атоме водорода с возбужденных уровней (состояний) на основной, характеризующийся минимальной энергией, с испусканием фотонов (квантов света). В лабораторных условиях линии серии Лаймана наблюдаются в ультрафиолетовой области спектра; самая интенсивная из них — линия La — имеет длину волны 12/16 А.
Однако в спектре типичного квазара линии серии Лаймана имеют в несколько раз большую длину волны и располагаются в видимой области спектра. Согласно наиболее широко распространенному представлению, квазары — это источники энергии, находящиеся в ядрах недавно родившихся галактик, сильно удаленных от нас в пространстве и времени. Смещение линий в спектрах квазаров рассматривается как космологическое красное смещение.
Работы У. Саржента из Калифорнийского технологического института и А. Боксенберга из Юниверсити- Колледжа в Лондоне позволяют по иному взглянуть на исследование некоторых линий La в спектрах квазаров. Это не эмиссионные линии, а линии поглощения, представляющие собой «провалы», а не пики в спектре. Они появляются вследствие того, что электроны в атомах водорода поглощают излучение квазара в широкой полосе; при этом атомы переходят из основного в возбужденное состояние с более высокой энергией. В спектре одного квазара число линий поглощения La может превышать 100.
Каждая линия имеет длину волны, большую 12/16 А, но меньшую длины волны смещенной к красному концу спектра эмиссионной линии самого квазара. Саржент и Боксенберг предположили, что эти линии возникают при поглощении излучения квазара облаками водорода, расположенными на различных расстояниях от него на луче зрения. Каждое облако должно удаляться от Земли с некоторой скоростью, меньшей скорости квазара, и поэтому атомы водорода в облаках будут поглощать излучение квазара, давая линии с разным красным смещением.
«Частокол» соответствующих линий La позволяет использовать излучение квазаров как зонд для исследования водородных облаков в межгалактическом пространстве. Саржент и Боксенберг выделяют эту область спектра, удаляя все остальные линии. В спектре типичного квазара наблюдаются некоторые сильные линии поглощения, лишь незначительно смещенные от обычных положений. Они связаны с поглощением излучения квазара такими элементами, как углерод, кислород, кремний, железо и магний, которые входят в состав газопылевой среды нашей Галактики.
Другие, более слабые линии оказались линиями поглощения водорода, которые сопровождаются линиями поглощения тяжелых элементов с таким же красным смещением. Они обязаны своим происхождением поглощению излучения квазара веществом других галактик, находящихся на луче зрения. Наконец, имеются линии водорода, характеризующиеся множеством разных красных смещений. Это и есть «частокол» линий La; они не сопровождаются линиями более тяжелых элементов. Саржент и Боксенберг вычислили, что отношение содержания тяжелых элементов к водороду не превышает одной тысячной доли значения, которое определено для Солнца.
По-видимому, облака, вызывающие это поглощение, состоят из первичного водорода, который еще никогда не конденсировался в звезды. Постепенно выясняются свойства этих облаков. Так, Саржент и Боксенберг обратили внимание на то, что по спектрам квазаров, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга, можно узнать размер облаков. Им уже удалось показать, что «частоколы» линий La в спектрах двух квазаров с возрастом 10 млрд. световых лет, находящихся на расстоянии одной угловой минуты друг от друга, не совпадают.
По-видимому, облака имеют размер меньше 0,5 мегапарсека — примерного размера скопления галактик. Что касается более общих свойств, то, как сообщают Саржент и Боксенберг, образующие «частокол» линии La не проявляют тенденции группироваться вокруг определенных значений красного смещения; следовательно, облака не скапливаются в пространстве. Этим они отличаются от галактик. Тем не менее при больших красных смещениях линий больше.
Таким образом, отношение числа облаков к числу галактик возрастает с расстоянием от нас — как в пространстве, так и во времени. Иными словами, на раннем этапе расширения Вселенной облака были более многочисленны. Какова причина уменьшения их числа? Ею не может быть гравитационное сжатие, иначе в облаках образовались бы звезды. Саржент и Боксенберг предполагают, что вещество облака удерживается давлением окружающей межгалактической среды — газа, состоящего из водорода, атомы которого ионизованы фотонами квазаров.