Что такое квазар

Квазар

Многие считают их огромными чёрными дырами, интенсивно всасывающими в себя всё, что их окружает. Вещество, приближаясь к ним, разгоняется и очень сильно разогревается. Под воздействием магнитного поля чёрной дыры частицы собираются в пучки, которые разлетаются от её полюсов. Этот процесс сопровождается очень ярким свечением. Есть версия, что квазары – это галактики в начале своей жизни, и фактически, мы видим их появление.

Яркость

Квазары имеют громадную мощность излучения. Она может превышать мощность излучения всех звёзд целой галактики в сотни раз. Мощь так велика, что объект, отдалённый от нас на миллиарды световых лет, мы можем увидеть в обычный телескоп.

Светимость может превышать светимость галактик в тысячи раз, а ведь последние состоят из миллиардов звёзд! Если сравнивать количество энергии, произведённое в единицу времени квазаром и Солнцем, то разница получится в 10 триллионов раз! А размер такого объекта может быть вполне сравним с объёмом Солнечной системы.

Возраст

Возраст этих суперобъектов определяется десятками миллиардов лет. Ученые вычислили: если сегодня соотношение квазаров и галактик 1 : 100000, то 10 млрд. лет назад оно было 1 : 100.

Расстояния до квазаров

Расстояния до удалённых объектов Вселенной определяются с помощью эффекта Доплера. Для всех наблюдаемых квазаров характерно сильное красное смещение, то есть, они удаляются. И скорость их удаления просто фантастическая. Например, для объекта 3С196 была вычислена скорость 200000 км/сек (две трети скорости света)! А расстояние до него около 12 млрд. световых лет. Для сравнения, галактики летят с максимальными скоростями «всего» в десятки тысяч км/сек.

Некоторые астрономы считают, что и потоки энергии от квазаров, и расстояния до них несколько преувеличены. Дело в том, что нет уверенности в методах изучения сверхдалёких объектов, за всё время интенсивных наблюдений не удалось достаточно определённо установить расстояния до квазаров.

Переменность

Настоящая загадка – переменность квазаров. Они изменяют свою светимость с необычайной частотой, у галактик таких изменений не бывает. Период изменений может исчисляться годами, неделями и сутками. Рекордом считается изменение блеска в 25 раз за один час. Эта переменность характерна для всех излучений квазара. Исходя из последних наблюдений, выясняется, что большая часть квазаров расположена возле центров громадных эллиптических галактик.

Изучая их, нам становится более понятной структура Вселенной и её эволюция.

Источник

Квазары

Самое интересное в науке – находить нечто необычное. Сначала ученые вообще не понимают, с чем столкнулись и тратят десятилетия, а иногда и века, чтобы разобраться в возникшем явлении. Так и было с квазаром.

В 1960-х годах земные телескопы столкнулись с загадкой. От Солнца, галактики и некоторых звезд приходили радиоволны. Но были найдены и необычные источники, ранее не наблюдавшиеся. Они были крошечными, но невероятно яркими.

Их назвали квазизвездными объектами («квазары»). Но наименование не объяснило природу и причину появления. На начальных этапах удалось лишь узнать, что они двигаются от нас на 1/3 скорости света.

Квазары – невероятно интересные объекты, потому что своим ярким сиянием способны затмить целые галактики. Это далекие формирования, подпитывающиеся от черных дыр, и в миллиарды раз массивнее Солнца.

Это иллюстрация квазара подобного APM 08279+5255, в котором было найдено огромное количество водяного пара. Скорее всего, газ и пыль формируют выступ вокруг центральной части

Первые полученные данные о количестве поступающей энергии повергли ученых в настоящий шок. Многие не могли поверить в существование подобных объектов. Скептицизм заставил их искать другое объяснение происходящему. Некоторые думали, что красное смещение не указывает на удаленность и связано с чем-то другим. Но последующие исследования отбрасывали альтернативные идеи, из-за чего пришлось согласиться, что перед нами – действительно одни из ярчайших и удивительных вселенских объектов.

Изучение началось в 1930-х годах, когда Карл Янски понял, что статистические помехи в трансатлантических телефонных линиях происходили от Млечного Пути. В 1950-х гг. ученые использовали радиотелескопы, чтобы изучить небо, и объединить сигналы с видимым наблюдением.

Удивляет и то, что источников для такого энергетического запаса у квазара не так уж и много. Наилучший вариант – сверхмассивная черная дыра. Это определенный участок в пространстве, обладающий такой сильной гравитацией, что даже световым лучам не удается вырваться за его пределы. Малые черные дыры создаются после гибели массивных звезд. Центральные по массе достигают миллиардов солнечных. Удивляет еще один момент. Хотя это невероятно массивные объекты, по радиусу могут достигать Солнечной системы. Никто не может понять, как формируются такие сверхмассивные черные дыры.

Иллюстрация квазара и черной дыры, похожей на APM 08279+5255, где было замечено много водяного пара. Скорее всего, пыль и газ формируют тор вокруг черной дыры

Вокруг черной дыры вращается огромное газовое облако. Как только газ оказывается в черной дыре, его температура поднимается до миллионов градусов. Это заставляет его создавать тепловое излучение, делая квазар таким ярким в видимом спектре, как и в рентгеновском.

Но есть граница, именуемая пределом Эддингтона. Этот показатель зависит от массивности черной дыры. Если попадает большое количество газа, то создается сильное давление. Оно притормаживает газовый поток, сохраняя яркость квазара ниже черты Эддингтона.

Вам нужно понимать, что все квазары удалены от нас на значительные дистанции. Самый близкий расположен в 800 миллионах световых лет. Так что, можно сказать, что в современной Вселенной их уже не осталось.

Что с ними случилось? Никто точно не знает. Но, если основываться на источнике питания, то, скорее всего, все дело в том, что запас топлива подошел к нулю. Газ и пыль в диске закончились, и квазары не могли больше светить.

Если мы говорим о квазаре, то следует объяснить, что такое пульсар. Это быстро вращающаяся нейтронная звезда. Она создается в процессе разрушения сверхновой, когда остается сильно уплотненное ядро. Его окружает мощное магнитное поле (превышает земное в 1 триллион раз), которое заставляет объект вырабатывать заметные радиоволны и радиоактивные частицы из полюсов. Они вмещают в себя разнообразные типы излучения.

Гамма-пульсары воспроизводят влиятельные гамма-лучи. Когда нейтронный тип поворачивается к нам, мы замечаем радиоволны всякий раз, когда на нас указывает один из полюсов. Это зрелище напоминает маяк. Этот свет будет мелькать с разной скоростью (влияют размер и масса). Иногда случается так, что у пульсара появляется двоичный спутник. Тогда он может вторгаться в материю компаньона и учащать свое вращение. В быстром темпе способен пульсировать 100 раз в секунду.

Что же такое квазар?

Точного определения для квазара пока нет. Но последние сведения говорят, что квазары могут создаваться сверхмассивными черными дырами, которые поглощают вещество в аккреционном диске. С ускорением вращения она нагревается. Столкновения частичек создают большое количество света и передают его прочим формам излучения (рентгеновские лучи). Черная дыра в таком положении будет питаться веществом, равным солнечному объему за год. При этом значительное количество энергии будет выброшено из серверного и южного полюса дыры. Это называется космическими струями.

Хотя есть вариант, что перед нами молодые галактики. Так как о них известно мало, то квазар может представлять собою всего лишь раннюю стадию выброшенной энергии. Некоторые считают, что это отдаленные пространственные пункты, где новая материя поступает во Вселенную.

Поиск квазаров

Первый найденный квазар назвали 3C 273 (в созвездии Девы). Его нашли Т. Мэттьюс и А. Сэнджиджем в 1960 году. Тогда казалось, что он относится к 16-й звезде, подобной объекту. Но через три года заметили, что у него обнаружился серьезное красное смещение. Ученые догадались в чем дело, когда поняли, что интенсивная энергия производится на небольшой площади.

Квазар 3C 273 в созвездии Девы

Сейчас квазары находят благодаря красному смещению. Если видят, что у объекта оно высокое, то он заносится в список претендентов. На сегодняшний день их насчитывают более 2000. Главный инструмент поиска – космический телескоп Хаббла. С развитием технологий мы сможем раскрыть все тайны этих загадочных вселенских огоньков.

Световые струи в квазарах

Ученые думают, что точечные проблески – сигналы из галактических ядер, затмевающие галактики. Квазары можно найти только в галактиках, располагающих сверхмассивными черными дырами (миллиард солнечных масс). Хотя свет не способен вырваться из этого места, некоторые частицы пробиваются возле краев. Пока пыль и газ всасываются в дыру, другие частички отдаляются практически на скорости света.

Большую часть квазаров во Вселенной обнаружили на отдалении в миллиарды световых лет. Не будем забывать, что у света уходит время, чтобы добраться к нам. Поэтому, изучая подобные объекты, мы как будто возвращаемся в прошлое. Многие из 2000 найденных квазаров существовали еще в начале галактической жизни. Квазары способны генерировать энергию до триллиона электро-вольт. Это больше, чем количество света всех звезд в галактике (ярче свечения Млечного пути в 10-100000 раз).

Типы квазаров

Квазары входят в класс «активных ядер галактик». Среди прочих можно также заметить сейфертовские галактики и блазары. Каждый из них нуждается в сверхмассивной черной дыре для подпитки.

Сейфертовские уступают по энергии, создавая лишь 100 кэВ. Блазары потребляют намного больше. Многие полагают, что эти три типа – один и тот же объект, нов разных перспективах. Струи квазаров текут под углом в направлении Земли, на что способны также и блазары. У сейфертовских струи не видны, но есть предположение, что их эмиссия направлена не на нас, поэтому не замечается.

Квазары демонстрируют раннюю структуру галактик

При помощи сканирования древнейших вселенских объектов, ученым удается понять, как выглядел Млечный Путь во времена своей молодости.

Атакамская большая решетка миллиметрового диапазона способна запечатлеть «младенческое» состояние галактик, подобных нашей, отобразив момент, когда звезды только родились. Это удивительно, ведь они возвращаются в период, когда Вселенная по возрасту достигала всего 2 миллиардов лет. То есть, мы буквально смотрим в прошлое.

Наблюдая за двумя древними галактиками в инфракрасных длинах волн, ученые заметили, что в раннем периоде развития присутствуют нечто, напоминающее удлиненные диски водородного газа, превосходящие намного меньшие внутренние области звездообразования. Кроме того, они уже обладали вращающими газовыми и пылевыми дисками, а звезды появлялись в довольно быстрых темпах: 100 солнечных масс в год.

Изучаемые объекты: ALMA J081740.86+135138.2 и ALMA J120110.26+211756.2. В наблюдениях помогли квазары, чей свет поступал с заднего плана. Речь идет о сверхмассивных черных дырах, вокруг которых сосредоточены яркие аккреционные диски. Полагают, что они играют роль центров активных галактик.

Квазар на удаленности в 12.5 миллиардов световых лет сияет возле молодой галактики (12 миллиардов световых лет). Приборы ALMA уловили ионизированный углерод (зеленый) и диск с формированием звезд (синий)

Квазары светят намного ярче галактик, поэтому если они расположены на фоне, то галактика теряется из виду. Но наблюдение ALMA позволяет зафиксировать инфракрасный свет, исходящий от ионизированного углерода, а также водород в сиянии квазаров. Анализ показывает, что углерод создает свечение на длине волны в 158 микрометров и характеризует галактическую структуру. Места рождения звезд можно найти благодаря инфракрасному свету от пыли.

Ученые заметили еще один момент в светящемся углероде – его расположение было смещено по отношению к газообразному водороду. Это намек на то, что галактические газы отходят предельно далеко от углеродного участка, а значит, у каждой галактики можно найти большой водородный ореол.

При осмотре объектов переднего плана, исследователи ожидали запечатлеть слабый выброс над квазаром. Но вместо этого заметили две ярких галактики на большой удаленности от квазара.

Художественная интерпретация «детской» галактики, похожей на Млечный Путь, с ярким квазаром, излучающим сияние в газообразном водороде

Анализ также подтвердил, что молодые галактики уже запустили процесс вращения. А это один из признаков принадлежности к спиральному типу. Этот проект стартовал в 2003 году, когда только разрабатывалась идея использования спектров квазаров для идентификации галактик на переднем плане. Этот механизм именуют демпфированной системой Лайман-альфа, из-за того, что водородный газ не дает определить длину волн света от квазара.

ALMA помогла, наконец, разобраться в процессе формирования галактик. Теперь понятно, что некоторые из ранних обладали ореолами, оказавшиеся намного шире, чем предполагали. Они могут предоставлять материал для галактического роста.

Источник

Что такое квазары и как через них мы можем заглянуть в прошлое

Что такое квазары

Слово «квазар» происходит от соединения двух английских терминов: quasi-stellar («квазизвездный», «похожий на звезду») и radio source («радиоисточник»). Такое имя яркие космические объекты получили в конце 1950-х, когда астрономы впервые начали замечать их. Однако позже выяснилось, что квазары — не звезды, а молодые галактики, которые расположены на огромной дистанции от Солнечной системы. Квазары видны с Земли из-за своей необычайной яркости, которая может в тысячу раз превышать свечение Млечного пути. Обычный квазар в 27 трлн раз ярче Солнца. Если он внезапно появился бы на месте Плутона, то это превратило бы все океаны Земли в пар за пятую долю секунды.

Почему квазары такие яркие

Из-за того, что квазары находятся очень далеко, мы видим их такими, какими они были в ранние периоды формирования Вселенной. В начале января 2022 года был обнаружен самый старый из них. Получивший название J0313-1806, этот квазар находится в 13 млрд световых лет от Земли, а наблюдаем мы его в возрасте 670 млн лет с момента Большого взрыва. Для сравнения: по оценкам ученых, Вселенная существует около 14 млрд лет, а Солнечная система — около 4,5 млрд лет. По мнению современных ученых, яркость квазаров вызывается активными ядрами галактик (AЯГ). Астрофизики Анатолий Засов и Константин Постнов подчеркивают, что АЯГ, которые отличаются по признакам активности ядра и форме выделения энергии. Самые распространенные типы бывают такими:

Черная дыра в самом центре

Теоретически в центре АЯГ находится сверхмассивная (массой в 100 тыс. — 100 млрд Солнц) черная дыра. Ее окружает так называемый аккреционный диск — нагретое на миллионы градусов пространство, которое возникает от постоянного трения частиц газа, пыли и других материалов, постоянно сталкивающихся друг с другом. Именно аккреционный диск формирует радиацию. Нагреваясь, он производит радиоволны, обычный свет, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Из-за этого квазары светят так ярко. Из-за того, что они находятся очень далеко от Земли, мы видим только описанный центр. Никакие другие части пока запечатлеть невозможно. Физик Энди Бриггс сравнивает эту ситуацию с проезжающей вдалеке ночью машиной: неясна марка, кузов и цвет автомобиля, а заметен только свет его фар.

Что такое черная дыра

Черная дыра — это область внутри космоса с настолько сильной гравитацией, что она засасывает все вокруг, включая свет. Это экстремальный способ воздействия на пространство — когда в одном месте собрали так много вещества или энергии, что пространство-время свернулись и образовали специфическую область. Можно говорить, что черная дыра — это объект, но с бытовой точки зрения объект — это нечто имеющее поверхность. Если идти по абсолютно темной комнате, можно наткнуться на стол, это будет объект с началом в конкретной точке. Если в абсолютно темной комнате или с завязанными глазами попасть в черную дыру, невозможно заметить ее границу, поскольку нет никакой твердой поверхности, человек сразу окажется внутри этой области.

Профессор РАН Сергей Попов сравнивает такой переход с государственными или областными границами. Если идти по лесу из одной страны в другую, то без указателей и карт невозможно заметить, в какой точке кончается одно государство и начинается другое. Лес в Финляндии ничем не отличается от леса в России, и нет никакой четкой границы, на которую можно наткнуться. И черная дыра — это такая область, где масса свернула пространство-время, и в итоге никакие предметы не могут ее покинуть, как только пересекут границу. Все, что туда попало, навсегда останется за горизонтом.

Все были квазарами

Астрофизики считают, что практически все крупные галактики прошли через «квазаровую фазу» вскоре после своего формирования. После того как материя, питающая аккреционный диск, закончилась, галактики «успокоились». Тем не менее черные дыры остались на своих местах. В Солнечной системе тоже есть такая. Она называется «Стрелец A*» и ежедневно производит большие объемы радиоактивного излучения разного типа. Открывшие это в начале 2022 года ученые назвали ее поведение «непредсказуемым и хаотичным».

Открытие квазаров и их настоящих свойств

Ученые заметили квазары относительно недавно, в конце 1950-х. Тогда астрофизики и дали им такие названия. Они были заметны только через радиотелескопы. Этот факт очень интересовал британско-австралийского астронома Джона Болтона. Он с коллегами пытался найти «оптические аналоги» квазаров, которые можно было бы заметить глазами, через оптический телескоп, а не только через фиксацию радиоволн. В 1963 году американские ученые Аллан Сэндидж и Томас Мэтьюс не могли найти причину интенсивности электромагнитного излучения одного из наблюдаемых ими квазаров. Загадку разгадал голландский астроном Мартин Шмидт. Он понял, что странность вызвана тем, что объект находится в 3 млрд световых лет от Солнечной системы. Он вспоминал: «Осознание пришло внезапно: моя жена до сих пор помнит, как я весь вечер то бегал, то начинал ходить медленно от радости». Последующие десятилетия с улучшением технологий астрономы продолжали наблюдение и изучение квазаров. В 2015 году группа международных ученых обнаружила древнейший квазар во Вселенной — J1342+0928. В 2021 году его природу и ряд свойств подтвердили после нескольких лет исследований. Он существовал, когда Вселенной было всего 780 млн лет. Один из ученых, Эдуард Баньядос, подчеркивал: «Если бы Вселенная была 50-летним человеком, то излучение, которое дошло до нас от J1342+0928, можно было бы сравнить с фотографией этого человека, сделанной, когда ему было всего два с половиной года».

Заглянуть в прошлое

25 декабря 2021 года с космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала ракета-носитель Ariane 5 с орбитальным телескопом «Джеймс Уэбб» на борту. Это крупнейший и самый мощный телескоп, который человечество когда-либо запускало в космос. Аппарат создали NASA, Европейское космическое агентство ESA и Канадское космическое агентство (CSA). С его помощью ученые будут исследовать фазы развития космоса — как Солнечной системы, так и других галактик. 2 февраля он прислал первые фотографии звезды, а 13 февраля — селфи. Вскоре «Джеймс Уэбб» обратится к квазарам. Он сфокусируется на 6 самых ярких. Так объясняет его работу участник миссии, испанский астрофизик Сантьяго Аррибас: «Все квазары, которые мы будем исследовать, появились очень рано, когда Вселенной было не больше 800 млн лет, что составляет менее 6% от ее нынешнего возраста. Наблюдения позволят нам изучить эволюцию галактик и создание сверхмассивных черных дыр в эти крайне ранние периоды».

Источник

Квазары. Что это на самом деле?

Сам термин «квазар» образовался от слов quasistellar и radiosource, буквально означая: радиоисточник, похожий на звезду. Это самые яркие объекты нашей Вселенной, имеющие очень сильное красное смещение.

Их относят к активным галактическим ядрам – это галактики, не укладывающиеся в традиционную классификацию.

Многие считают их огромными чёрными дырами, интенсивно всасывающими в себя всё, что их окружает. Вещество, приближаясь к ним, разгоняется и очень сильно разогревается. Под воздействием магнитного поля чёрной дыры частицы собираются в пучки, которые разлетаются от её полюсов. Этот процесс сопровождается очень ярким свечением. Есть версия, что квазары – это галактики в начале своей жизни, и фактически, мы видим их появление.

Если предположить, что квазар – некая сверхзвезда, сжигающая составляющий её водород, то массу она должна иметь до миллиарда солнечной!

Но это противоречит современной науке, считающей, что звезда, массой больше 100 солнечных, обязательно будет неустойчивой и, вследствие этого, распадётся. Источник их гигантской энергии тоже пока остается загадкой.

Яркость

Квазары имеют громадную мощность излучения. Она может превышать мощность излучения всех звёзд целой галактики в сотни раз. Мощь так велика, что объект, отдалённый от нас на миллиарды световых лет, мы можем увидеть в обычный телескоп.

Получасовая мощность излучения квазара может быть сопоставима с энергией, выделившейся при взрыве сверхновой.
Светимость может превышать светимость галактик в тысячи раз, а ведь последние состоят из миллиардов звёзд! Если сравнивать количество энергии, произведённое в единицу времени квазаром и Солнцем, то разница получится в 10 триллионов раз! А размер такого объекта может быть вполне сравним с объёмом Солнечной системы.

Возраст

Возраст этих суперобъектов определяется десятками миллиардов лет. Ученые вычислили: если сегодня соотношение квазаров и галактик 1 : 100000, то 10 млрд. лет назад оно было 1 : 100.

Расстояния до квазаров

Расстояния до удалённых объектов Вселенной определяются с помощью эффекта Доплера. Для всех наблюдаемых квазаров характерно сильное красное смещение, то есть, они удаляются. И скорость их удаления просто фантастическая. Например, для объекта 3С196 была вычислена скорость 200000 км/сек (две трети скорости света)! А расстояние до него около 12 млрд. световых лет. Для сравнения, галактики летят с максимальными скоростями «всего» в десятки тысяч км/сек.

Некоторые астрономы считают, что и потоки энергии от квазаров, и расстояния до них несколько преувеличены. Дело в том, что нет уверенности в методах изучения сверхдалёких объектов, за всё время интенсивных наблюдений не удалось достаточно определённо установить расстояния до квазаров.

Переменность

Настоящая загадка – переменность квазаров. Они изменяют свою светимость с необычайной частотой, у галактик таких изменений не бывает. Период изменений может исчисляться годами, неделями и сутками. Рекордом считается изменение блеска в 25 раз за один час. Эта переменность характерна для всех излучений квазара. Исходя из последних наблюдений, выясняется, что большая часть квазаров расположена возле центров громадных эллиптических галактик.

Изучая их, нам становится более понятной структура Вселенной и её эволюция.

Подробнее.

Взглянув на ясное ночное небо, мы увидим мириады таинственно мерцающих звезд. Самые яркие из них, видимые невооруженным глазом, могут быть удалены от нас на несколько тысяч световых лет. При помощи телескопа их можно различить на расстояниях, в тысячи раз больших, — в миллионы световых лет.

На еще больших расстояниях отдельные звезды различать уже невозможно, но их можно видеть объединенными в галактики — звездные системы, подобные нашей, в которой находится Солнце. Эти галактики насчитывают тысячи и сотни тысяч миллионов звезд. Общее излучение таких галактик может быть уловлено на расстояниях в миллиарды световых лет. Свет от них, регистрируемый фотопластинкой, начал свой путь еще в то время, когда на Земле только зарождалась жизнь.

До Коперника картина мироздания представлялась человеку несложной.

Центром мира была Земля, естественное место концентрации материи. Коперник сдвинул земной шар с этого привилегированного положения. Его последователь и друг Галилея, итальянский философ Джордано Бруно говорил уже о бесконечном числе миров во Вселенной. Она представлялась заполненной небесными телами однородной плотности, равномерно распределенными во времени и пространстве, подобно молекулам газа в замкнутом сосуде.

Первоначально звезды и наше Солнце рассматривались в качестве молекул этого «космического газа». Но после работ американского астронома Эдвина Хаббла «молекулами космологии» стали галактики — эти острова материи, содержащие миллиарды звезд.

Однако природа оказалась сложнее.

Галилей был уверен, что одни и те же законы физики применимы и к небесам и к Земле. Но если применить закон всемирного тяготения к газу, заполняющему бесконечный объем (например, к «газу», в котором роль молекул играют галактики), то несложный расчет показывает, что этот газ не может находиться в состоянии равновесия. Будет преобладать либо сила тяготения, либо космическое отталкивание. Образованный галактиками газ должен обязательно расширяться или сжиматься.

В 1926 году наблюдения Хаббла доказали, что Вселенная расширяется. Чем дальше мы проникаем в глубины пространства, тем быстрее разбегаются от нас видимые галактики. Наблюдения неизменно подтверждают закон Хаббла, по которому скорость разбегания галактик пропорциональна их расстоянию от нас.

Поскольку мы живем в эволюционирующей Вселенной, мы не можем не строить предположений о ее прошлом и будущем.

Как долго продолжится это разбегание, это расширение Вселенной? Если оно будет длиться бесконечно, то галактики разойдутся друг от друга на столь гигантские расстояния, что свет любой из них уже не дойдет до некогда ближайших к ней соседей. Суждено ли и нашей Галактике, Млечному Пути, превратиться в одинокий остров, плывущий в безбрежной пустоте?

Многие астрономы, опираясь на расчеты русского ученого А. Фридмана, приняли гипотезу, согласно которой материя во Вселенной первоначально находилась в сверхплотном состоянии. Путем теоретических расчетов они пытались вывести из этого современные условия Вселенной. Другие делали ряд оговорок, считая, что цепь дедуктивных выводов, протянувшаяся столь далеко в прошлое, зависит от множества самых незначительных обстоятельств, которые могли быть упущены.

Однако благодаря открытию радиоволн, приходящих к нам из бездонных глубин космоса (1965—1966), в море предположений и гипотез появилась первая надежная точка опоры. В области метровых и более длинных радиоволн мы можем принимать радиоизлучение галактик и других небесных тел. В миллиметровом диапазоне излучение в основном образуется в атмосфере и ионосфере Земли. А вот в промежуточном, сантиметровом, диапазоне космос молчит.

При более тщательном исследовании «безмолвного диапазона» было открыто слабое тепловое излучение. Источниками этого некогерентного излучения не являются какие-либо известные небесные тела; оно не приходит из каких-то определенных участков неба. Это «фоновый шум», равномерно заполняющий всю Вселенную и одинаковый во всех направлениях. Он соответствует температуре 3° по шкале Кельвина (шкала абсолютных температур), или —270° по Цельсию.

Фоновое излучение — всего лишь слабый радиошум, но, когда мы осознаем, что оно равномерно заполняет всю Вселенную, его важная роль становится очевидной. Это излучение содержит в миллиарды раз больше фотонов, чем общее число атомов во Вселенной, а плотность его энергии в сотни тысячи раз превышает плотность энергии света, излучаемого всеми звездами.

Если мы путем дедукции придем к выводу, что, чем глубже в прошлое, тем меньшим и меньшим был объем пространства, занимаемый Вселенной, то, чем дальше по времени мы удалимся в прошлое, тем чаще будем встречаться все с более и более интенсивными излучениями и с более и более высокими температурами. Поскольку сейчас температура «фона» составляет 3°К, то 5 миллиардов лет назад она должна была составлять 6° К, а 7 миллиардов лет назад 30° К.

Можно дать только одно объяснение такому большому числу фотонов в космическом пространстве: они образовались в сгустке материи огромной плотности и чрезвычайно высокой температуры, как и должно было быть 10 миллиардов лет назад, когда началось расширение Вселенной.

От этой первоначальной стадии — по мере того как излучение охватывает все больший и больший объем — температура убывает по адиабатическому закону. Нынешняя температура 3° К свидетельствует о том, что начальной точке расширения Вселенной соответствовало особое состояние материи с температурой, превышающее миллион миллионов градусов, причем основную роль играло тогда излучение, а не частицы, из которых построено вещество.

В соответствии с расчетами русского ученого Я. Б. Зельдовича в течение первой секунды расширения температура упала до 10 миллиардов градусов, а к концу первой минуты — до нескольких миллионов градусов. С этого момента вещество стало преобладать над излучением, началось образование первых атомных ядер. В течение первых 10 миллионов лет температура упала до 4 тысяч градусов и в массе ионизованной плазмы появились условия для образования нейтральных атомов, с полным набором окружающих ядро электронов.

После этого протяженные области быстро движущегося газа начали эволюционировать: из каждой сформировалась основа галактики. Постепенно Вселенная приобрела современный вид, а мы тем самым продвинулись из мира не слишком обоснованных предположений к доводам науки, опирающимся на наблюдения.

Вполне естественно, что остаточное излучение с температурой 3° К дает нам лишь общую, не детальную картину рождения атомов и галактик. Информация, которую мы можем получить из нынешнего состояния вещества в атомной форме, также дает нам искаженную картину.

Дело в том, что тяжелые элементы непрерывно рождаются во Вселенной и сейчас. Поэтому почти невозможно выяснить начальную пропорцию различных элементов, определить плотность и температуру на начальном этапе. Вот почему астрономы сочли бы величайшим открытием, если бы удалось получить прямые, неискаженные сведения, дающие нам необходимую информацию о начальной фазе расширения Вселенной.

По сути дела, нам нужны маяки, которые были бы видны на колоссальнейших расстояниях и, следовательно, сияли бы в миллионы и миллионы раз ярче звезд и в сотни раз ярче галактик. Именно такие маяки помогли бы нам проследить в глубинах времени и пространства путь, пройденный Вселенной, и дали бы возможность раскрыть ее строение.

Сейчас крепнет уверенность, что астрономам удалось открыть такие маяки.

Эти светила были названы «квазарами» (от quasi-stellar). В действительности они представляют собой особого рода галактики, ошибочно принятые первоначально за звезды.

Квазар, обозначаемый З-С-9, изученный с помощью, как оптических телескопов, так и радиотелескопов, имеет спектр, в котором смещение достигает 215 процентов в сторону более длинных волн. Если, как обычно предполагается, это «красное смещение» вызвано скоростью удаления источника света от наблюдателя и если эта скорость пропорциональна расстоянию (другими словами, если наша Вселенная расширяется), то это красное смещение соответствует скорости удаления, равной 240000 километров в секунду, и расстоянию в 8 миллиардов световых лет.

Самое поразительное то, что эти светила излучают достаточно видимого света, чтобы их можно было наблюдать с таких колоссальнейших расстояний. Видимо, испускаемая ими энергия превышает излучение Солнца более чем в миллион миллионов раз.

На еще больших расстояниях объект оказывается слишком слабым, чтобы можно было измерить красное смещение в его спектре, и наши оптические телескопы пока еще не могут превзойти этот предел. Но расстояние 8 миллиардов световых лет означает, что свет от квазара З-С-9 провел в пути столько же времени. Глядя на этот квазар, мы, в сущности, заглядываем на 8 миллиардов лет в прошлое, а это составляет примерно 80 процентов истории нашей Вселенной.

Хотя сейчас 8 миллиардов световых лет как будто и составляют предел возможности оптических наблюдений, радиоастрономия может повести нас еще дальше.

Радиотелескопы помогли обнаружить источники космического радиоизлучения такого же типа, как квазар З-С-9, но слабее его. Если предположить, что все эти радиоисточники имеют одну и ту же абсолютную яркость, то их видимая яркость позволяет оценить предел достижимости радиотелескопов в 9 миллиардов световых лет. Этот предел значительно превзойден новым гигантским радиотелескопом в Пуэрто-Рико

Предполагается, что этот радиотелескоп будет способен зарегистрировать излучение от радиогалактик и квазаров, расположенных на расстояниях 10—12 миллиардов световых лет. Это означает, что становится возможным принять «репортаж» о начале нашей Вселенной.

Эта возможность, фантастичная еще несколько лет назад, становится реальной благодаря чудовищному количеству света и других электромагнитных волн, испускаемому квазарами. Их радиоизлучение — результат одного или нескольких взрывов, разогревших центральное ядро настолько, что оно способно светить, как миллион солнц в течение миллиона лет и даже более. Радиоизлучение от радиогалактик вызывается взрывом подобного же рода, но, видимо, меньшей мощности.

Эти маяки в космосе можно использовать как исходные триангуляционные пункты для построения карты звездного мира во времени и в пространстве. И это дело отнюдь не далекого будущего. Работа по составлению такой карты уже началась, полученные результаты представляют огромный интерес.

Что можно сказать об изменении свойств квазаров со временем?

В течение 100 тысяч лет, прошедших после начальной вспышки, излучение должно сохранять постоянную интенсивность, которая затем начинает экспоненциально убывать. Через миллион лет после вспышки мощность излучения составляет всего 1/1000 начальной, а через 10 миллионов лет она падает еще в 1000 раз. На этой стадии квазар настолько ослабевает, что его уже невозможно обнаружить. Не найдено ни одного квазара, возраст которого превышал бы несколько миллионов лет.

Расстояние квазаров и их распределение в пространстве могут быть рассчитаны по их видимой яркости. При этом выясняется, что их пространственная плотность более или менее постоянна в пределах 1—2 миллиардов световых лет. За пределами этого расстояния число квазаров увеличивается во всех направлениях. Их плотность удваивается в сферическом слое с радиусом в несколько миллиардов световых лет. Затем с дальнейшим увеличением расстояния их плотность вновь быстро убывает, и на «радиогоризонте», то есть на расстоянии 9 миллиардов световых лет, их плотность составляет лишь 1/50 наблюдаемой на более близких расстояниях.

Фактически это распределение в пространстве отражает эволюцию во времени: мы наблюдали квазары на расстояниях, соответствующих длительности их существования. Если квазары кажутся наиболее многочисленными на расстояниях в несколько миллиардов световых лет, то это объясняется тем, что в тот далекий период времени их взрывы были наиболее частыми.

Но когда мы заглядываем еще дальше, то отмечаем почти полное отсутствие квазаров, хотя современные радиотелескопы достаточно мощны, чтобы обнаружить их даже на таких огромных расстояниях. Это объясняется тем, что, продвигаясь назад во времени, мы достигли эпохи, предшествующей появлению первых квазаров.

Если у нас есть основания рассматривать квазары в качестве «самовоспламеняющихся» и быстро эволюционирующих ядер различных галактик, то моменты их вспышек можно связать с рождением галактик.

Стадия квазара должна быть приурочена к рождению галактики или следовать за ним через некоторое строго определенное время. Таким образом, квазары как бы отмечают на шкале времени рождение галактик, которое в свою очередь свидетельствует о критическом состоянии материи Вселенной, уже достаточно охладившейся после первоначального взрыва. Турбулентность некогда раскаленного космического газа существенно уменьшается, силы тяготения объединяют быстро движущиеся массы в протогалактики, то есть галактики в процессе конденсации.

Из этих наблюдений, видимо, следует, что процесс вспышек квазаров достиг кульминации 8—9 миллиардов лет назад; у нас нет никаких данных, указывающих на многочисленность квазаров в периоды, отстоящие от нашей эпохи еще дальше.

Мы живем в сравнительно спокойный период эволюции Вселенной, когда материя уже длительное время сконцентрирована в галактики и звезды.

Но с помощью радиотелескопов можно заглянуть в прошлое, достичь ранних стадий в жизни Вселенной, когда преобладающим фактором были потоки высокотемпературного излучения, а не скопления вещества. Мы уже почти достигли тех времен, когда только забрезжил рассвет мира, когда, возможно, не было звезд и все, что существовало, состояло из аморфной, еще не организованной материи.

Первые результаты этого исследования еще далеки от точности. Приведенные данные о пространстве и времени еще должны проверяться и уточняться. Эта задача и выпадает на долю более крупных телескопов, проектируемых или строящихся. Данные, полученные с их помощью, позволят астрономам и астрофизикам воссоздать историю нашей Вселенной.

Первый радиотелескоп был построен всего четверть века назад, а первый оптический телескоп — три века назад. Человек живет на Земле примерно миллион лет, а жизнь на Земле существует не менее миллиарда лет. Возраст Солнца, Земли и планет — 6—7 миллиардов лет, а Галактики, в которую входит наша солнечная система, 8—9 миллиардов лет. Расширение Вселенной, продолжающееся и ныне, могло начаться 10— 12 миллиардов лет назад. Но чем дальше мы углубляемся в прошлое, тем неопределеннее становятся события, отмечающие предысторию Вселенной.

Прошло не так уж много времени, с тех пор как ученые начали изучать прошлое Человека и Земли. Чтобы не блуждать в лабиринтах гипотез и предположений и не потерять путь в туманных далях пространства и времени, ученые имеют сейчас таких гидов, как квазары, — это маяки, свет и радиосигналы которых дошли до нас через миллиарды лет.

Источник

Что из себя представляют квазары?

Просторы Вселенной не прекращают удивлять земных наблюдателей разнообразием загадочных объектов, а одним из невероятных открытий космологии ушедшего столетия стали квазары.

Общие сведения

Гравитационное линзирование квазара HE 1104-1805

Эти сверкающие объекты излучают самое значительное количество энергии, обнаруженное во Вселенной. Находясь на колоссальном расстоянии от Земли, они демонстрируют большую яркость, чем космические тела, расположенные в 1000 раз ближе. Согласно современному определению, квазар – это активное ядро галактики, где протекают процессы, освобождающие огромную массу энергии. Сам термин означает «похожий на звезду радиоисточник». Именно по причине электромагнитного излучения и значительного красного смещения, открытые объекты были определены как новые, находящиеся на границах вселенной.

Инфракрасный снимок Квазара в тандеме с зарождающейся галактикой со вспышкой звездообразования

Квазары выделяют в 100 раз больше энергии, чем совокупность всех светил в нашей галактике. Большинство квазаров и нас разделяют 10 млрд. световых лет, а дошедший до Земли их свет послан еще до процесса его формирования. Первоначально предполагалось, что все псевдозвезды являются мощными источниками радиоизлучения, но к 2004 году стало известно, что, оказывается, таких совсем немного – порядка 10%, остальные же – считаются радиоспокойными.

История открытия

3C 273 — квазар в созвездии Дева. Считается первым астрономическим объектом идентифицированным в качестве квазара.

Первый квазар был замечен американскими астрономами А. Сендиджем и Т. Метьюзом, проводившими наблюдение за звездами в калифорнийской обсерватории. В 1963 году М. Шмидт с помощью рефлекторного телескопа, собирающего в одну точку электромагнитное излучение, обнаружил отклонение в спектре наблюдаемого объекта в красную сторону, определяющее, что его источник удаляется от нашей системы. Последующие исследования показали, что небесное тело, записанное как 3C 273, находится на отдалении в 3 млрд. св. лет и отдаляется с огромной скоростью – 240 000 км/с. Московские ученые Шаров и Ефремов изучили имевшиеся ранние фотографии объекта и выяснили, что он неоднократно менял свою яркость. Нерегулярная смена интенсивности блеска предполагает маленький размер источника.

Строение и теория происхождения

Квазары и процесс возникновения их мощного излучения все еще не разгаданы до конца. Рассматривается несколько версий, объясняющих чем они являются по сути.

Материалы по теме

Можно ли увидеть черную дыру?

Большинство ученых-астрофизиков склонны предполагать, что это черная дыра гигантского масштаба, поглощающая окружающее вещество. Под воздействием притяжения частицы набирают огромную скорость, натыкаются друг на друга и ударяются, их температура от этого повышается, появляется видимое свечение. Непреодолимое притяжение энергии черной дыры заставляет вещество двигаться к центру по спирали и превращаться в аккреционный диск – структуры, возникающей при падении обращающихся частиц на массивное космическое тело. Магнитная индукция черной дыры посылает часть вещества к полюсам, где создаются джеты – узкие пучки, излучающие радиоволны. На краях аккреционного диска температура понижается, и длина волн возрастает до инфракрасного спектра.

Другая гипотеза считает квазары юными галактиками в период их формирования. Существует вариант, объединяющий две версии, согласно которому, черная дыра поглощает зарождающиеся вещество галактики. Количество найденных квазаров к 2005 году равнялось 195 000, но этот процесс непрерывен, постоянно открываются новые объекты.

Необычные свойства

Изображение с космического телескопа Хаббла показывает самый отдаленный квазар (обведен белым), появившийся менее чем через 1 млрд. лет после Большого Взрыва.

Активность квазара изменяется во всех диапазонах: инфракрасных и ультрафиолетовых волн, видимого света, рентгеновских лучей, радиоволн. Величина его энергии в 1 млн. раз больше, чем у любой открытой звезды. Вариации светимости объекта происходят в разные промежутки времени – от года до недели. Такие колебания характерны для космических тел, размер которых находится в границах светового года.

Интересные факты

Квазар QSO-160 913 + 653 228 расположенный в этом скоплении галактик, снятых телескопом Хаббл, удален от нас на расстоянии 9 млрд. св. лет!

Для обозначения степени «покраснения» света квазаров, используется буква z (красное смещение). В начале 80-х годов были найдены несколько исключительно удаленных небесных объектов, у которых значение z = 4,0. Их радиосигнал стартовал до начала зарождения нашей галактики. Недавно замечен квазар, имеющий смещение z = 6,42, т. е. расстояние до него составляет более 13 млрд. световых лет. Энергия, излучаемая небольшой псевдозвездой, может дать Земле запас электричества на несколько миллиардов лет вперед. Это опасные соседи, а их яркий свет, который мы наблюдаем, это отблески от пропавшей в черной дыре вещества молодой галактики. К счастью, об угрозе для нашей планеты речь не идет – такие явления не замечены в ближайших галактиках. Наблюдение за древнейшими объектами, ставшими ровесниками Вселенной, показало, что она не просто увеличивается, а разлетается с огромной скоростью.

Похожие статьи

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Источник

Что такое квазар

Очень далекие внегалактические объекты, излучающие мощные потоки электромагнитного излучения и обладающие очень малыми угловыми размерами. Мощности излучения квазаров сравнимы с потоками излучения от галактик.

Следует напомнить, что мы наблюдаем, все космические объекты такими, какими они были столько времени назад, сколько понадобилось для того, чтобы их электромагнитное излучение достигло Солнечной системы.

Квазары излучают во всех диапазонах спектра электромагнитного излучения, а своим названием обязаны тому, что первоначально они были открыты как источники радиоизлучения. К настоящему времени обнаружено несколько тысяч таких объектов.

В связи с обнаруженной переменностью излучения квазаров с периодами в несколько месяцев или даже недель можно сделать вывод о том, что их размеры, вернее размеры областей генерации излучения, сравнительно невелики, они меньше одного парсека, вместе с тем по мощности излучения они превосходят целые галактики. Механизм излучения квазаров недостаточно изучен.

Вероятнее всего, они содержат в себе сверхмассивные черные дыры, которые сформировались миллионами поглощенных ими звезд. Квазары представляют собой активные ядра очень далеких галактик, т.е. образовавшихся на ранних этапах эволюции Вселенной и наблюдаемых нами такими, какими они были тогда.

Разновидностью квазаров являются квазаги. В их спектрах уровень радиоизлучения сравнительно мал поэтому в названии этих космических объектов, в отличие от квазаров отсутствует буква «р».

В последнее время начал входить в обиход термин микроквазар. Ими стали именовать ранее не известные космические объекты, существующие в нашей Галактике.

Это черные дыры с массами характерными для звезд, а не для галактик, или нейтронные звезды. Они генерируют электромагнитное излучение в рентгеновском диапазоне спектра и выбрасывают потоки космических лучей движущихся со скоростями близкими к скорости света. Это происходит при аккреции на них вещества с сохранившихся после взрывов сверхновых звезд их звездных пар.

Исходя из оценок энергетики и эпох существования квазаров и микроквазаров, можно утверждать, что квазары и микроквазары это различные разновидности космических объектов.

Источник

Квазары

Эти сверкающие объекты излучают самое значительное количество энергии, обнаруженное во Вселенной. Находясь на колоссальном расстоянии от Земли, они демонстрируют большую яркость, чем космические тела, расположенные в 1000 раз ближе. Согласно современному определению, квазар – это активное ядро галактики, где протекают процессы, освобождающие огромную массу энергии. Сам термин означает «похожий на звезду радиоисточник». Именно по причине электромагнитного излучения и значительного красного смещения, открытые объекты были определены как новые, находящиеся на границах вселенной.

Квазары выделяют в 100 раз больше энергии, чем совокупность всех светил в нашей галактике. Большинство квазаров и нас разделяют 10 млрд. световых лет, а дошедший до Земли их свет послан еще до процесса его формирования. Первоначально предполагалось, что все псевдозвезды являются мощными источниками радиоизлучения, но к 2004 году стало известно, что, оказывается, таких совсем немного – порядка 10%, остальные же – считаются радиоспокойными.

Немного истории

Давайте мысленно переместимся в 30-е годы прошлого века. Один из основоположников современной астрономии, американский физик и астроном Карл Янский сделал странное открытие. Ученый обнаружил, что источником помех, которые наблюдались в трансатлантических телефонных линиях являлся, ни много, ни мало, Млечный Путь! Это открытие весьма озадачило научный мир. Но лишь в 50-х годах прошлого столетия астрономы начали активно использовать радиотелескопы для сканирования неба. Они сравнивали результаты своей работы с изображениями неба в видимом диапазоне.

И то что они обнаружили, поразило всех. Оказалось, что некоторые из слабых источников излучения в радиодиапазоне не имеют эквивалента в видимом участке спектра. То есть в радиосигналах ученые нашли источник излучения. Однако на фотографиях они не нашли звезды или другого объекта, который мог бы быть источником этой энергии. Астрономы назвали эти объекты «квазизвездными радиоисточниками». Или «квазарами».

Скорость света

И в научном мире возник резонный вопрос — а что же за процессы рождают подобные объекты? Какие чудовищные силы способны генерировать столько энергии? Этот вопрос просто необходимо было срочно решить. Некоторые из профессоров даже начали собирать деньги на ракету, чтобы посетить ближайший квазар. И выяснить, в чем же дело. Но подсчеты показали, что путешествие будет длинным. И в мире нет столько тушенки, чтобы загрузить ее в ракету. Потому что ближайший к Земле квазар удален от Земли на 600 миллионов световых лет! Поэтому изучать природу квазара было решено удаленно.

Так какое же мнение имеет наша наука по поводу того, что же такое квазар? Современные ученые считают, что интенсивные космические радиосигналы исходят из ядер далеких галактик. Которые, фактически, являются сверхмассивными черными дырами. Постойте, скажете Вы. Но ведь черные дыры не могут ничего излучать! Да, это действительно так. Но здесь задействован очень интересный процесс. Когда материя приближается слишком близко к горизонту событий черной дыры, она уже не может покинуть ее цепкие объятья. В этом месте только фотоны, переносчики энергии, еще могут это сделать. Падающая в черную дыру материя набирает огромную скорость и сжимается. И разогревается из-за сжатия до нескольких миллионов градусов. В результате этого процесса образуется так называемый аккреционный диск. Этот диск испускает огромное количество излучения. Считается, что до 30% вещества в ходе этого процесса превращается в энергию.

Мощное магнитное поле, которое существует вокруг любой черной дыры, выбрасывает струи этой энергии в противоположных направлениях в космическое пространство. И они летят с огромными скоростями по всей Вселенной…

Красное смещение

Самое удивительное свойство квазаров – значительное смещение линий в их спектрах у красного конца, означающее, согласно закону Доплера, что квазары удаляются от нас с колоссальной скоростью. М.Шмидт из Обсерватории им. Хейла (США) первым обнаружив эти удивительные объекты также понял, что странные линии в спектрах квазаров – это, уже известные на то время, атомные линии, сильно поменявшие свое расположение за счет доплеровского сдвига.
Расстояние. Если полагать, что колоссальная скорость с которой движутся квазары связана с космологическим расширением Вселенной, в котором на данный момент практически никто не сомневается, то, исходя из закона Хаббла, они располагаются на громадном расстоянии от Млечного пути. Расстояние на котором находятся самые далекие квазары составляет примерно 10 млрд. св. лет; они удаляются от нас со скоростью, практически равной скорости света, а длина волны линий в их спектрах больше обычной примерно в 5-6 раз. Самые далекие галактики, которые мы можем наблюдать, располагаются в несколько раз ближе, а скорость их удаления соответственно значительно меньше.

Яркость

Квазары – весьма сильные космические объекты, несмотря на это среди них не обнаружено ни одного ярче 12-й звездной величины. Невооруженным глазом их невозможно увидеть, для их наблюдения необходимы крупные телескопы. И это не связано с тем, что квазары излучают мало света, это происходит из-за того что они находятся на значительном расстоянии. В реальности средний квазар светит на порядок, или даже два, сильнее крупной галактики, включающей в себя многие миллиарды звезд.

Энергии обычного, ничем не выделяющегося, квазара хватило бы на то, чтобы снабжать всю Землю электроэнергией на протяжении нескольких миллиардов лет. А часть известных квазаров излучают энергии в 60 тыс. раз больше.

Размер

Учитывая тот факт, что яркость квазара может значительно измениться всего за пару дней, астрофизики сделали вывод, что это весьма небольшие объекты, по размеру примерно равные Солнечной системе. Несмотря на это квазары достаточно активные объекты, их активность длится не менее нескольких миллионов лет, и использует для этого огромные массы вещества – многие миллионы солнечных масс. Получается, что квазары – это достаточно компактные объекты, которые, как следует из исследования ближайших из них, находятся в ядрах крупных галактик.

Состав

В большинстве случаев излучение квазаров является настолько сильным, что затмевает собой галактику в которой и находится сам квазар. Кроме оптического, инфракрасного, ультрафиолетового и рентгеновского излучения они выбрасывают потоки быстрых элементарных частиц – космических лучей, которые, перемещаясь в магнитных полях, образуют радиоизлучение квазара. Потоки этих лучей в основном покидают квазар в виде двух струй бьющих в двух разных направлениях, создавая два «радиооблака» на противоположных сторонах квазара.

Модель квазара

Наиболее вероятная модель, которая смогла бы описать его наблюдаемые свойства, можно представить следующим образом: в центре вращающегося газового диска располагается массивный компактный объект (скорее всего черная дыра). Его центральная горячая часть представляет из себя источник электромагнитного излучения и быстрых космических частиц, которые могут распространятся только вдоль оси диска в следствии чего образуют два противоположно направленных «рукава».
Источник энергии. Эта теория, хотя и не единственная, но наиболее известна в настоящее время. Согласно ей квазар получает свою энергию за счёт гравитационного поля массивной черной дыры.

Благодаря своему притяжению черная дыра разрушает пролетающие мимо звезды а, возможно, и целые галактики. Появившийся при этом процессе газ формируется в диск, окружающий черную дыру и со временем стягивается к ней. Из-за сжатия и быстрого вращения центральной части диска, он разогревается и даёт достаточно мощное излучение. Вещество диска отчасти «впитывается» черной дырой, увеличивая при этом ее массу, и частично покидает квазар в виде узко направленных потоков газа и космических лучей. Эта модель квазара изучается все более досконально, но всё же пока не может разъяснить все наблюдаемые свойства. По-прежнему неразгаданными являются формирование и эволюция квазаров.

В центрах некоторых близких к Земле галактик отмечены процессы активности, похожие на квазары в меньших масштабах. Например, из центра эллиптической галактики Кентавр А вырываются два луча быстрых частиц, формирующие колоссальные радиооблака по обе стороны от нее. Допустимо, что в ядре этой галактики находится небольшой квазар. Исследуя такие близкие объекты, астрофизики хотят понять загадку квазаров.

Источник

Квазар. Далекий маяк Вселенной

Наверное любой из нас хотя бы раз в жизни слышал это таинственное слово – квазар. Но поскольку уроки астрономии в школе давно отменили, то почти никто уже и не помнит, что же это слово означает. Давайте поговорим об этом космическом явлении в нашей сегодняшней статье.

Квазар – это очень интересный космический объект. Как правило, его рождает сверхмассивная черная дыра. Квазары сияют с такой интенсивностью, что могут затмевать целые галактики. Даже те, в которых сами и находятся.

Понимание природы квазаров современными учеными начало формироваться лишь полвека назад.

Квазар. Немного истории

Давайте мысленно переместимся в 30-е годы прошлого века. Один из основоположников современной астрономии, американский физик и астроном Карл Янский сделал странное открытие. Ученый обнаружил, что источником помех, которые наблюдались в трансатлантических телефонных линиях являлся, ни много, ни мало, Млечный Путь! Это открытие весьма озадачило научный мир. Но лишь в 50-х годах прошлого столетия астрономы начали активно использовать радиотелескопы для сканирования неба. Они сравнивали результаты своей работы с изображениями неба в видимом диапазоне.

И то что они обнаружили, поразило всех. Оказалось, что некоторые из слабых источников излучения в радиодиапазоне не имеют эквивалента в видимом участке спектра. То есть в радиосигналах ученые нашли источник излучения. Однако на фотографиях они не нашли звезды или другого объекта, который мог бы быть источником этой энергии. Астрономы назвали эти объекты «квазизвездными радиоисточниками». Или «квазарами».

Скорость света

И в научном мире возник резонный вопрос – а что же за процессы рождают подобные объекты? Какие чудовищные силы способны генерировать столько энергии? Этот вопрос просто необходимо было срочно решить. Некоторые из профессоров даже начали собирать деньги на ракету, чтобы посетить ближайший квазар. И выяснить, в чем же дело. Но подсчеты показали, что путешествие будет длинным. И в мире нет столько тушенки, чтобы загрузить ее в ракету. Потому что ближайший к Земле квазар удален от Земли на 600 миллионов световых лет! Поэтому изучать природу квазара было решено удаленно.

Так какое же мнение имеет наша наука по поводу того, что же такое квазар? Современные ученые считают, что интенсивные космические радиосигналы исходят из ядер далеких галактик. Которые, фактически, являются сверхмассивными черными дырами. Постойте, скажете Вы. Но ведь черные дыры не могут ничего излучать! Да, это действительно так. Но здесь задействован очень интересный процесс. Когда материя приближается слишком близко к горизонту событий черной дыры, она уже не может покинуть ее цепкие объятья. В этом месте только фотоны, переносчики энергии, еще могут это сделать. Падающая в черную дыру материя набирает огромную скорость и сжимается. И разогревается из-за сжатия до нескольких миллионов градусов. В результате этого процесса образуется так называемый аккреционный диск. Этот диск испускает огромное количество излучения. Считается, что до 30% вещества в ходе этого процесса превращается в энергию.

Мощное магнитное поле, которое существует вокруг любой черной дыры, выбрасывает струи этой энергии в противоположных направлениях в космическое пространство. И они летят с огромными скоростями по всей Вселенной…

Как далеко они от нас?

Каждый квазар испускает просто колоссальное количество энергии. Даже большее, чем свет всех звезд в любой галактике. Квазары являются самыми яркими объектами во Вселенной. Однако это не единственные объекты в космосе с подобными характеристиками. На самом деле квазары являются частью целой группы небесных тел, известных как активные ядра галактик. В эту группу также входят еще так называемые сейфертовские галактики. И еще блазары.

Большинство обнаруженных в космосе квазаров находятся на расстоянии миллиардов световых лет от нас. Поэтому, даже имея скорость света, эти излучения путешествуют к нам очень долго. Но в этом есть и плюсы. Изучение этих сигналов можно использовать в качестве своеобразной машины времени. Используя их, мы можем видеть небесное тело таким, каким оно было миллионы лет назад.

Известно, что большинство из более чем двух тысяч найденных квазаров возникло на ранних стадиях развития своих галактик. Вполне возможно, что Млечный Путь тоже имел подобный объект. Но со временем он почему-то замолчал. А в противном случае жизнь на Земле была бы невозможна.

Блазары и сейферовские галактики? Что это?

Сейфертские галактики, в отличие от квазаров, легко обнаруживаются в видимом диапазоне. Около 10% всех галактик во Вселенной относятся к этому типу. И хотя они могут казаться нормальными в видимом спектре, при наблюдении в других спектрах можно увидеть, что светимость их активного галактического ядра сравнима с яркостью галактики, подобной нашей.

Художественное представление о квазаре ULAS J1120 + 0641. Это самый дальний из известных подобных объектов. Расстояние до него – более 12,9 миллиарда световых лет.

А что же такое блазары? На самом деле блазары и квазары это практически одно и тоже. Блазары просто более компактны, чем квазары. Но разница между ними заключается еще и в том, что струи энергии от квазаров испускаются под углом к ​Земле. А энергия блазаров падает прямо на нашу планету. Возможно это проще объяснить через пример машины на ночной дороге. Если Вы посмотрите на нее со стороны – можно увидеть, что у нее включены фары. Так мы видим квазар. Если фары будут светить прямо на нас – так мы видим блазар. Все просто.

Сколько живут квазары?

Сверхмассивные черные дыры – это вовсе не вечные источники питания. Если вокруг черной дыры заканчивается материал, то все, ребята. Аккреционный диск исчезает. Энергии для выброса больше нет. Всем спасибо, все свободны.

Однако стоить отметить, что работа квазара может через некоторое время возобновится. Если новые порции материи приблизятся к черной дыре. Очень хочется верить, что этого не случится в нашей Галактике. Ну, по крайне мере, в ближайшие пару миллионов лет…

Заметили ошибку?

Это нужно срочно исправить! Выделите косячный текст и нажмите CTRL + ENTER на клавиатуре. Спасибо за помощь!

Космические тесты

Проверь свои знания! Интересные тесты находятся здесь!

Источник

Что такое квазар?

Квазар можно определить как чрезвычайно активное галактическое ядро (Active Galactic Nucleus)

Все мы знаем, что звезды, сияющие на ночном небе, излучают свет. Однако по мере того, как наше понимание космоса увеличивалось, люди поняли, что звезды — не единственные небесные тела, излучающие свет.

Мы узнали, что другие небесные тела, такие как Луна и планеты, способны отражать солнечный свет в определенные моменты времени. Это дает нам иллюзию того, что они светятся. Даже далекие звезды за сотни и тысячи световых лет видны из-за света, который они излучают. Однако один из самых ярких объектов во Вселенной — это не звезда или отражающий свет небесный объект, а скорее нечто довольно темное, называемое квазаром.

Что такое квазары?

Квазар можно определить как чрезвычайно активное галактическое ядро (Active Galactic Nucleus). AGN — не что иное, как сверхмассивная черная дыра, которая активна и питается материалом в центре галактики. Они чрезвычайно яркие и иногда принимаются за звезды. Тем не менее, выходная энергия звезды далеко не соответствует количеству энергии квазара. Слово «квазар» происходит от сокращения «квазизвездный» (quasi-stellar), который ссылается на подобный звезде радиоисточник. Когда они были впервые идентифицированы в 1950-х годах, они были определены как источник излучения радиоволн с неизвестным физическим происхождением.

Формирование квазара

Черная дыра — это область в космосе, которая обладает такой большой силой гравитации, что даже свет не может избежать ее. Масса черной дыры в центре квазара в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Солнечная масса обозначается через M_☉ и равна массе Солнца:

Строение квазара

Источник: Wikimedia Commons В центре квазара находится черная дыра, окруженная большим вращающимся облаком газа. Это газовое облако называется аккреционным диском, и черная дыра «питается» этим диском. Когда газ попадает в черную дыру, он нагревается до миллионов градусов. Газ испускает тепловое излучение из-за такой экстремальной температуры. Тепловое излучение делает квазар уникально ярким как в видимой, так и в рентгеновской областях электромагнитного спектра.

Галактика NGC 4319 и квазар Маркарян 205
Источник: Википедия

Свойства квазаров

Чтобы понять свойства квазара, нам прежде всего необходимо понять очень важную концепцию, известную как электромагнитный спектр. Электромагнитный спектр дает нам диапазон частот различных электромагнитных волн и их соответствующих длин.

Существуют различные области электромагнитных волн, основанные на их частоте, такие как ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, видимый свет и инфракрасное излучение, и это лишь некоторые из них. Обычно большинство исследований, проводимых на квазарах, основаны на их спектральных свойствах.

Известно, что квазары испускают электромагнитное излучение, которое находится между видимой и рентгеновской областями. Они также излучают большое количество ультрафиолетовых волн. Некоторые квазары даже излучают радиоволны. Впрочем, это бывает весьма редко, и только 10 процентов всех изученных квазаров способны излучать такие волны.

Квазары демонстрируют уникальное наблюдаемое оптическое явление, известное как гравитационное линзирование. Гравитационное линзирование происходит, когда между наблюдателем и объектом (в данном случае, квазаром) имеется большое пространство или небесное тело (галактика или черная дыра), и оно может изгибать и искажать свет.

Это создает несколько изображений одного и того же объекта. Квазары используются для правильного выравнивания телескопов для наблюдения за галактикой. Если встречаются несколько изображений квазара, это означает, что выравнивание неверно. Однако, когда квазар и галактика находятся в идеальном выравнивании с глазом наблюдателя, образуется кольцо Эйнштейна.

Кольцо Эйнштейна — гравитационная линза

Кроме того, квазары также показывают еще одно уникальное свойство, известное как Красное смещения (Redshift). Красное смещение — это явление, которое возникает, когда длина волны света увеличивается в электромагнитном спектре. Квазар обычно показывает космологическое красное смещение. Это указывает на то, что Вселенная расширяется и что происходит относительное увеличение расстояния, которое должен пройти свет.

Красное смещение

Квазары важны для того, чтобы помочь астрономам понять работу Вселенной. Первое, что сделали квазары, — показали нам, насколько они на самом деле далеки от нас. Это дает наблюдателям и экспертам приблизительное представление о том, насколько велика Вселенная.

Чтобы понять представление о расстояниях, на которых присутствует большинство квазаров, следует отметить, что ближайший находится на расстоянии 730 миллионов световых лет и известен как IC 2497. Один световой год равен расстоянию, которое свет проходит пролетает за один год. Вот еще один момент, который нужно рассмотреть: свет, который мы получили от квазара IC 2497, — это то, как квазар выглядел 730 миллионов лет назад, а не то, как он выглядит сейчас.

Изучение квазаров дает ученым представление о том, как галактики формируются и развиваются. У большинства галактик, которые были изучены астрономами, есть спящая сверхразмерная черная дыра в их центре. Спящая черная дыра — это та, возле которой закончился материал (газ, пыль и тд), и она больше не активна и не «питается». Даже наша галактика Млечный Путь имеет спящую сверхмассивную черную дыру в центре.

Квазары называют маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний, по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества. Ввиду большой удалённости, квазары, в отличие от звёзд, выглядят практически неподвижными (то есть не имеют параллакса), поэтому радиоизлучение квазара используется для высокоточного определения с Земли параметров траектории полета автоматических межпланетных станций.

Источник

КВАЗА́РЫ

В книжной версии

Том 13. Москва, 2009, стр. 427

Скопировать библиографическую ссылку:

КВАЗА́РЫ (от англ. quasar, сокр. от qua­sistellar radiosource – ква­зиз­вёзд­ный ис­точ­ник ра­дио­из­лу­че­ния), вне­га­лак­тич. ком­пакт­ные ра­дио­ис­точ­ни­ки, ото­жде­ст­в­ляе­мые со сла­бы­ми го­лу­бы­ми звез­до­об­раз­ны­ми объ­ек­та­ми. Впер­вые по­доб­ные объ­ек­ты бы­ли об­на­ру­же­ны в 1960. Как вы­яс­ни­лось позд­нее, К. свя­за­ны со сверх­мас­сив­ны­ми чёр­ны­ми ды­ра­ми, на­хо­дя­щи­ми­ся в цен­трах мас­сив­ных га­лак­тик. На их вне­га­лак­тич. при­ро­ду впер­вые ука­зал в 1963 амер. ас­тро­ном М. Шмидт, по­лу­чив­ший спектр звез­ды 13-й звёзд­ной ве­ли­чи­ны со стран­ным уз­ким го­лу­бым вы­бро­сом, ко­то­рая ото­жде­ст­в­ля­лась с ра­дио­ис­точ­ни­ком 3С 273 (рис.). Шмидт при­шёл к вы­во­ду, что са­мые силь­ные ли­нии из­лу­че­ния в спек­тре 3С273 яв­ля­ют­ся ли­ния­ми баль­ме­ров­ской се­рии во­до­ро­да, но сдви­ну­ты­ми в сто­ро­ну длин­ных волн на от­но­си­тель­ную ве­ли­чи­ну λ набл /λ 0 = 1,16 ( λ набл – на­блю­дае­мая дли­на вол­ны, λ 0 – не­сме­щён­ная дли­на вол­ны), что со­от­вет­ст­ву­ет кос­мо­ло­гич. крас­но­му сме­ще­нию z = ( λ набл – λ 0)/ λ 0 = 0,16. Это оз­на­ча­ло, что ис­точ­ник 3С273 рас­по­ло­жен на рас­стоя­нии ок. 700 Мпк от на­блю­да­те­ля и его све­ти­мость в оп­тич. диа­па­зо­не дос­ти­га­ет 10 40 Дж/с, что поч­ти в 1000 раз пре­вы­ша­ет оп­тич. све­ти­мость всей на­шей Га­лак­ти­ки. До­гад­ка Шмид­та да­ла ключ к объ­яс­не­нию спек­тров и др. К. Ока­за­лось, что все К. на­хо­дят­ся за пре­де­ла­ми на­шей Га­лак­ти­ки и их све­ти­мость пре­вы­ша­ет све­ти­мость са­мых круп­ных из­вест­ных га­лак­тик.

Источник

КВАЗАР

Полезное

Смотреть что такое «КВАЗАР» в других словарях:

КВАЗАР — [англ. quasar] астр. звездоподобный объект во Вселенной с сильным радиоизлучением. Словарь иностранных слов. Комлев Н.Г., 2006. квазар а, м. (англ. quasar сокр. от quasistellar radiosource квазизвездный источник радиоизлучения). астр. Интенсивный … Словарь иностранных слов русского языка

КВАЗАР — (от сокращения слов «quasi stellar» звездообразный объект), в астрономии компактный объект, являющийся источником сильного светового излучения, с широким диапазоном длин волны, от ретгеновских лучей до радиоволн и световых лучей. Квазары… … Научно-технический энциклопедический словарь

квазар — сущ., кол во синонимов: 6 • звезда (503) • излучатель (9) • квазизвезда (2) • … Словарь синонимов

квазар — квазизвёздный радиоисточник англ.: quasar, quasi stellar radio source англ., связь … Словарь сокращений и аббревиатур

Квазар — Галактика NGC 4319 и квазар Маркарян 205 Квазар (англ. quasar) особо мощное и далёкое активное ядро галактики. Квазары являются одними из самых … Википедия

квазар — kvazaras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. quasar vok. Quasar, m rus. квазар, m pranc. quasar, m … Fizikos terminų žodynas

Квазар-микро — Ситроникс Информационные Технологии (Квазар Микро) международная IT компания, один из ведущих поставщиков решений, продуктов и услуг в области информационных технологий в странах СНГ и Восточной Европы [1] [2] [3]. Основана в 1990 году, входит в… … Википедия

Квазар — м. Космический объект, находящийся на расстоянии миллиардов световых лет от Солнечной системы и являющийся сверхмощным источником радиоизлучения (в астрономии). Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Квазар — исключительно мощно светящаяся удаленная галактика‚ по виду напоминающая звезду … Астрономический словарь

квазар — кваз ар, а … Русский орфографический словарь

Источник

Квазары

Квазары или квазизвездные радиоисточники (от лат. квази — якобы, как будто) являются, по всей видимости, самыми яркими и самыми загадочными из всех объектов, наблюдаемых во Вселенной. Хотя о существовании квазаров известно уже около сорока лет, споры вокруг их истинной природы не утихают до сих пор. В настоящее время почти построена вполне правдоподобная теоретическая модель квазаров, завоевавшая признание подавляющего большинства астрофизиков. Однако существует и альтернативная теория, тоже весьма распространенная.

Что такое квазары?

Согласно одной точке зрения (ее придерживается большинство), квазары – это наиболее удаленные из известных в астрофизике объектов и наиболее сильные источники излучения. Согласно другой – они являются спутниками довольно обычных галактик. В любом случае квазары очень компактны (на фотографиях имеют вид светящихся точек и этим отличаются от галактик, изображения которых по форме напоминают размытые кляксы).

Большинство квазаров интенсивно излучает радиоволны. Но наряду с сильным радиоизлучением, они испускают еще и мощные потоки видимого, инфракрасного и рентгеновского излучения. Спектры видимого излучения квазаров характеризуются самым большим красным смещением из всех известных источников.

Если это красное смещение обусловлено расширением Вселенной (мнение большинства), то квазары должны быть самыми удаленными из известных объектов и наиболее мощными источниками фотонов. (В таком случае ближайший к нам квазар находится на расстоянии около 800 млн. световых лет, а самый далекий — на расстоянии почти в 16 млрд. световых лет!) Однако многие квазары наблюдаются на небе по соседству с пекулярными галактиками. Если квазары действительно как-то связаны с этими галактиками (вторая точка зрения), то они примерно в сто раз ближе, чем считается, и их необычное красное смещение представляет собой еще не разгаданную тайну.

Некоторые квазары обладают еще одним, быть может, самым загадочным свойством. Центральные радиоисточники (то есть компоненты, расположенные в центральной области, составляющей в диаметре несколько десятков световых лет) ряда квазаров расширяются или разлетаются на части со скоростью, явно превышающей скорость света.

Странные вещи

До недавнего времени считалось, что скорость света (с=299 792 458 м/с) является предельной скоростью распространения любых физических взаимодействий. И выше ее в природе не должно быть. Это вытекает из теории относительности Эйнштейна. Но оказалось, что скорость расширения радиоисточника ЗС 273 составляет около 3с. В радиоисточнике ЗС 120 скорость перемещения отдельных элементов радиоструктуры приближается к 3,7с. А у квазара ЗС 74 она достигает почти 8с! Большими значениями скоростей движения ученые еще не оперировали. Но если скорости действительно столь велики, то это следует считать нарушением одного из самых фундаментальных положений теории относительности, иначе говоря — основ современной физики. Вполне вероятно, что впечатление движения со сверхсветовыми скоростями обманчиво. И существует какое-то иное объяснение этого явления.

Многие астрофизики полагают, что колоссальная энергия квазаров – это гравитационная энергия, которая выделяется за счет катастрофического сжатия (коллапса), происходящего в ядре галактики. Существуют и другие гипотезы относительно этих загадочных объектов: кто-то видит в них остатки погибших галактик; другие же, напротив, считают, что квазары представляют собой объекты начального этапа эволюции галактик, либо что-нибудь совсем иное. Однако ни одна гипотеза, ни одно предположение пока что не дают удовлетворительного решения проблемы. Вселенная поставила перед пытливым умом человека, быть может, самую сложную из своих загадок. Ее решение когда-нибудь обязательно будет получено, и человек познает новые законы превращения материи.

Источник

Как и откуда появляются квазары? И что они представляют из себя?

На начальной стадии формирования галактики в её центральной области образуется сверхмассивная чёрная дыра. Под влиянием гравитации к нему устремляется вся материя вокруг него. Это холодная пыль, газ и даже плазма из сформировавшихся звёзд.

В процессе стремительного падения по спирали, вещество закручивается вокруг черной дыры образуя аккреционный диск. Скорость движения материи вокруг чёрной дыры сопоставима со скоростью света.

Из- за сил трения вещество сильно разогревается и возникает яркое свечение, которое многократно превышает яркость целой галактики.В таком состоянии квазар является действующим.

Квазар очищает пространство вокруг себя от пыли и газа, лишая галактику материала для формирования новых звёзд.

В настоящее время известно около 200 действующих квазаров, которых можно наблюдать с Земли. Самый близкий от нас квазар находится на расстоянии 600 млн. св.лет ( ядро галактики UGG8058).

У 10% наблюдаемых квазаров обнаружены лучистые потоки. Они состоят из заряженных частиц и имеют длину от сотен тыс. до 5 млн. световых лет. Температура в них достигает триллионов градусов.

Плазма из заряженных частиц, двигаясь вокруг чёрной дыры, генерирует сильное магнитное поле. Все заряженные частицы в окрестности начинают двигаться по силовым линиям этого поля, которые очень сильно скручены. В итоге они находят выход у магнитных полюсов.

Через эти лучистые струи выбрасываются огромные массы материи на большие расстояния с очень большими скоростями.

Таким образом можно утверждать, что активный квазар-это состояние сверхмассивной чёрной дыры на определённом этапе её формирования, когда в доступной области от неё есть достаточное количество материи для интенсивного поглощения.

Источник

Квазар

Галактика NGC 4319 и квазар Маркарян 205

Мощность излучения квазара иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша. Следы родительских галактик (предполагается, что квазары являются мощными и далёкими активными ядрами галактик [источник не указан 2681 день] ) вокруг квазаров (причём далеко не всех) были обнаружены лишь позднее.

В первую очередь квазары были опознаны как объекты с большим красным смещением, имеющие электромагнитное излучение (включая радиоволны и видимый свет) и настолько малые угловые размеры, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» — звёзд (напротив, протяжённые источники больше соответствуют галактикам [1] ; звёздная величина самого яркого +12.6 для сравнения звёздная величина самой яркой звезды −1.46).

Содержание

Этимология

Первоначальное определение

Первоначальное определение сложилось в конце 1950-х — начале 1960-х, когда были открыты первые квазары и их изучение только началось. Это определение в целом верно, однако со временем были открыты радиоспокойные квазары, не создающие сильного радиоизлучения [10] [13] ; по состоянию на 2004 год, таковыми являются порядка 90 % известных квазаров.

История наблюдений

История квазаров началась с проводимой радиообсерваторией «Джорделл Бэнк» программы измерений видимых угловых размеров радиоисточников.

Свойства

Вариации блеска

Многие квазары меняют свою светимость в коротких промежутках времени. Это является, по-видимому, одним из фундаментальных свойств квазаров (кратчайшая вариация с периодом t ≈ 1 ч, максимальные изменения блеска — в 25 раз). Поскольку размеры переменного по блеску объекта не могут превышать сt (с — скорость света).

Самому старому квазару больше 13 млрд. лет.

Квазары могут разрушать галактики, в которых находятся.

Если самый яркий квазар Вселенной поместить на место ядра Млечного Пути, тогда на небе он был бы ярче Луны в 4 раза.

Источник

Что такое квазары и блазары и в чем разница?

Факты о Квазаре и Блазаре

Что такое Квазар?

Квазар – это всего лишь одно из множества различных активных ядер Галактик, к которым также относятся Блазары, Радиогалактики и Галактики Сейферта. Полное название квазаров – квазисталларный радиообъект. Центр Млечного Пути считается просто сверхмассивной черной дырой, а не квазаром. Теперь считается, что когда-то центр Млечного Пути был Квазаром, прежде чем он стал неактивным, как сегодня.

Существуют также Квазизвездные объекты, которые похожи на радиоисточники, за исключением того, что объекты имеют большое красное смещение в своем оптическом спектре. Объект может иметь или не иметь радиоисточник. Оба они похожи на звезды и находятся за пределами нашей галактики.

Квазары – это большие сверхмассивные черные дыры в центре галактики, которые настолько активны, что имеют тенденцию затмевать звезды в галактике. Квазары, как правило, имеют аккреционные диски из газа и пыли, которые, когда материал с диска падает в квазар, выбрасываются в виде электромагнитного излучения. Как только аккреционный диск заканчивается, они становятся пассивными. Квазары, как правило, находятся в центрах далеких галактик.

Все квазары, которые мы можем видеть, хотя и с помощью телескопа, находятся на расстоянии миллиардов световых лет, что заставляет ученых полагать, что они являются молодыми галактиками. Если бы мы путешествовали по этим галактикам и видели, как они выглядят сегодня, они, вероятно, были бы спокойными и, как и любая другая галактика, их потоки не были бы активными.

Один из ближайших квазаров – 3С 273, он находится на расстоянии 2,5 миллиарда световых лет в созвездии Девы. Некоторые квазары, которые были изучены, образовались вскоре после большого взрыва и на много лет старше 3С 273. Квазар будет иметь поток частиц, выбрасываемых из галактики, если бы это было не так, то это была бы нормальная галактика.

Вы, наверное, удивитесь, если квазар – это сверхмассивная черная дыра, и они только всасывают все, как они могут испускать потоки? Короче говоря, считается, что электромагнитное поле внутри черной дыры настолько мощно, что заставляет частицы направляться к полюсам, а затем потоком вылетать наружу.

Если посмотреть на Квазар с Земли через телескоп, они покажутся красными звездами. Они слишком далеки и слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом. Покраснение происходит потому, что они находятся так далеко, а также потому, что они удаляются от нас.

Квазары похожи на пульсары (Пульсирующие звезды) в том, что они имеют потоки рентгеновских лучей, исходящих из их середины. Они не вращаются так часто, если вообще вращаются. Квазар составляет примерно около 1000 парсеков (1 парсек = 3,26 световых лет). Поскольку квазары так далеко, их свет путешествует миллиарды лет. Квазар ULAS J1120+0641, который имеет размер более 2 миллиардов масс Солнца. Считается, что он сформировался только через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.

Открытие квазаров

Мартину Шмидту, голландскому астроному, приписывают открытие квазаров в 1963 году. Хотя до него уже были проведены определенные работы. Первым обнаруженным квазаром был 3С 273. Объект, о котором шла речь, был очень ярким и к тому же слишком далеким, чтобы быть звездой. Особо следует упомянуть и других астрономов, которые прямо или косвенно помогли в открытии квазара. 3C 273 был исследован учеными на радиотелескопе Паркса в Австралии, но только год спустя загадка объектов была решена.

Считается, что объект сиял силой триллиона Солнц, как звезды, и все же был всего лишь световым годом в поперечнике. Для сравнения, считается, что наша галактика имеет 100 000 световых лет в поперечнике.

Если мы используем 1 МВт в качестве светимости галактики Млечный Путь, квазар может иметь мощность светимости от 10 до 100 000 МВт. Светимость – это количество энергии, которое производит звезда или галактика. Светимость Солнца описывается как 1Lsun. Светимость Млечного Пути эквивалентна 25 миллиардам лун. Вы получаете представление о том, насколько мощным может быть Свечение квазара. Нашу галактику затмил бы даже самый тусклый из квазаров. Яркость квазара от 250 000 000 000 000 до 2 500 000 000 000 000 000 раз больше, чем у Солнца.

Что такое Блазар?

Разница между Квазаром, радиогалактикой и Блейзаром – это угол потока. Если поток идет прямо вверх, это радиогалактика, и мы не на линии огня. Если поток слегка наклонен к нам, то это Квазар, а если поток наклонен прямо к нам, то это Блазар.

Вначале, когда они были впервые открыты, они считались разными объектами в космосе, но по мере того, как мы узнавали больше, мы обнаружили, что они были одинаковыми.

Ближайший к Земле квазар

По данным космической обсерватории Хаббла НАСА, по состоянию на август 2015 года ближайшим квазаром к Земле является Маркарян 231. По оценкам, он находится примерно в 600 миллионах световых лет от нас в созвездии Большой Медведицы в северном полушарии. Считается, что в галактике есть две черные дыры, которые вращаются друг вокруг друга.

Свет, который мы видим сейчас, это то, как это было 600 миллионов лет назад, то есть еще до того, как динозавры бродили по земле более 250 миллионов лет назад. Считается, что центральная черная дыра в 150 миллионов раз превышает массу Солнца и весит более 4 миллионов солнечных масс.

Несмотря на то, что квазар так далеко и стар, считается, что две черные дыры вращаются вокруг друг друга за 1,2 года. Причина, по которой они, как полагают, находятся на орбите друг вокруг друга, является результатом столкновения двух галактик. К настоящему времени две черные дыры уже столкнулись, но мы не увидим эффекта столкновения здесь, на Земле, еще несколько сотен тысяч лет.

Даже если Квазар и Пульсар имеют одинаковое окончание, которое может заставить людей думать, что они являются объектами одного и того же типа, это не так. В самом простом объяснении Квазар – это сверхмассивная черная дыра в галактике, а Пульсар – вращающиеся остатки мертвой звезды. Квазар может иметь диаметр в несколько световых лет, в то время как Пульсар может быть всего 20 км в диаметре. Магнетар примерно равен или немного больше пульсара.

Пульсар – это вращающаяся нейтронная звезда, они существуют в такой галактике, как наша. Пульсар создается после того, как звезда стала сверхновой. Пульсар может вращаться много раз в секунду, такие объекты называют миллисекундный пульсар.

Магнетар – это мощный пульсар с магнитным полем, которое во много раз сильнее, чем у Пульсара. С точки зрения размера Квазар и Блазар являются значительно более крупными в сравнении с пульсаром и магнетаром.

Источник

Откуда взялись мощные ранние квазары?

Современная космология в целом успешно объясняет происхождение и эволюцию Вселенной — от ничтожных долей первой секунды ее существования до нынешнего времени. Тем не менее остаются не то чтобы белые пятна, а скорее «острые углы» — спорные моменты, вопросы, по поводу которых не существует научного консенсуса. Недавно были найдены квазары с очень большим красным смещением, содержащие черные дыры массой свыше миллиарда солнечных. Мы наблюдаем их из молодой Вселенной, когда ее возраст составлял сотни миллионов лет. Как эти черные дыры успели к тому времени поглотить миллиарды солнечных масс вещества? Как образовались зародыши сверхмассивных черных дыр? Насколько массивными изначально были эти зародыши?

Наблюдения

В последнее десятилетие велся массовый «отлов» квазаров с большим красным смещением, то есть тех, которые светят нам из ранней Вселенной, из первого миллиарда лет ее жизни. Их не зря называют «маяками Вселенной». Во-первых, они просвечивают космическую среду, выявляя вторичную ионизацию Вселенной (которую сами же и производят). Во-вторых, ранние квазары интересны сами по себе, как и всё, что связано с молодой Вселенной.

Поиск далеких квазаров ведется в основном на наземных телескопах в ближнем инфракрасном диапазоне — именно туда переезжает ультрафиолетовая линия водорода Лайман-альфа. Улов к настоящему времени составляет несколько десятков квазаров с красным смещением z > 6,5 (возраст Вселенной — меньше 800 млн лет), из них несколько с z > 7. Недавно найден рекордный квазар с «телефонным номером» J0313–1806, у которого z = 7,64 (возраст Вселенной — 650 млн лет). Причем это довольно яркий квазар: его абсолютная светимость — 1,4 × 10 47 эрг/с, что на три порядка ярче всей нашей Галактики с ее сотнями миллиардов звезд. Это не рекордная светимость для квазаров, но она не сильно уступает рекордной. Значит, масса черной дыры — «центральной машины» этого квазара — должна быть не меньше миллиарда солнечных масс, иначе трудно объяснить такую светимость. И действительно, оценка массы по скорости движения газа в квазаре (доплеровское уширение одной из спектральных линий магния) дает величину 1,6 ± 0,4 × 10 9 солнечных масс (М_☉). Другие обнаруженные квазары при z > 7 лишь немного уступают по массе центральной черной дыры. Итак, есть факт: в первые 600 с небольшим миллионов лет во Вселенной появились черные дыры массой порядка миллиарда масс Солнца. Оказывается, этот факт объяснить не просто. Казалось бы, на вырост таких черных дыр не должно хватить времени. Почему?

Пределы роста

Если звезда или любой другой объект будет светить слишком ярко, давление излучения на окружающий газ или собственные внешние слои превысит тяготение объекта. Если это звезда, то она начнет сбрасывать внешние слои. Такие звезды существуют: например, Эта Киля; жить им осталось недолго. Если это черная дыра, стягивающая на себя вещество (аккрецирующая), то падение вещества остановится. Эта пограничная светимость называется «эддингтоновской светимостью», ее превышение возможно, но требует каких-то специальных объяснений. Эддингтоновская светимость, естественно, пропорциональна массе объекта: для Солнца она составляет 1,4 × 10 38 эрг/с — до нее нашему светилу не хватает почти пяти порядков величины. А для черной дыры в миллиард солнечных масс она, соответственно, равна 1,4 × 10 47 эрг/с — и получается, что светимость квазара J0313–1806 близка к эддингтоновской, точнее L

Именно эддингтоновская светимость ограничивает «штатную» скорость роста черных дыр.

«Критический», или эддингтоновский, темп аккреции, естественно, пропорционален массе черной дыры. Это значит, что «штатный» рост черной дыры идет по экспоненте — рост от 10 до 100 000 М_☉ и от 100 000 до миллиарда солнечных масс занимает одно и то же время.

Рис. 1. Треки роста сверхмассивных черных дыр при критической аккреции (эддингтоновская светимость при эффективности высвечивания 0,1), ведущие к наблюдаемым ранним квазарам. Цветом показаны диапазоны масс для зародышей разной природы. График из работы [1]

Парадокс заключается в том, что рост должен был начаться с зародышевых черных дыр массой порядка десяти тысяч масс Солнца (для рекордного квазара — как минимум 20 000 М_☉), иначе им не успеть вырасти к z

7 до наблюдаемых величин. Понятно, откуда может взяться зародыш массы 100 или даже несколько сотен М_☉, — от коллапса гигантских звезд первого поколения (население III). Но здесь требуются либо зародыши в сотню раз тяжелей, либо «сверхкритический» темп роста. И то и другое не исключено, но объяснение требует изрядного напряжения.

Начнем со сверхкритического роста.

Аномально быстрый рост

Эддингтоновский предел светимости далеко не абсолютен и вполне преодолим, особенно на некоторое время. Строго говоря, он относится только к оптически тонкой плазме. Если же на тяготеющий центр падает, например, звезда, то светимость может подпрыгивать до любой величины. К тому же быстрый темп роста черной дыры не обязательно связан с преодолением эддингтоновского предела. Есть другой вариант — низкая эффективность высвечивания, то есть вещества падает много, а излучения от него мало — и никаких проблем.

Есть вариант аккреции под названием ADAF (advection dominated accretion flow) — геометрически толстый, но оптически тонкий диск. В нем не успевает установиться температурное равновесие: ионы горячие, но они не светят, а электроны, которые должны бы светить, — холодные. Вся энергия ионов уносится в черную дыру. Такое, судя по всему, имеет место в центре нашей Галактики и знаменитой галактики М87. Правда, этот вариант работает только при относительно малых темпах аккреции и вряд ли подходит для сверхкритического режима.

Более подходящий вариант — так называемый стройный (slim) аккреционный диск. Собственно, именно в него и должен превращаться канонический тонкий диск Шакуры — Сюняева при околокритическом темпе аккреции. Выделяемое тепло не успевает излучиться наружу и уносится в черную дыру. Диск распухает, но умеренно. Видимо, поэтому Марек Абрамович (один из основных классиков по режимам аккреции) назвал его slim disk. В принципе такая аккреция может стабильно идти в сверхкритическом режиме и могла бы решить проблему ранних квазаров, если бы не одно «но». Дело в том, что радиационная эффективность в таком режиме сильно зависит от вращения черной дыры. Если вращение слабое, диск излучает мало и на черную дыру может падать много вещества при умеренной светимости. Если же момент вращения черной дыры близок к предельному (что вполне вероятно), то внутренняя часть аккреционного диска близ последней стабильной орбиты высвечивает большую часть выделившейся в диске энергии — эффективность оказывается такой же, как в случае тонкого диска. Поэтому подобный режим не панацея. Он может ускорить рост черной дыры на каком-то этапе, но вряд ли способен решить проблему ранних квазаров.

Есть еще один аспект — feedback, обратная связь, влияние яркого источника на окружающую среду. Допустим, на черную дыру падает нечто оптически толстое — звезды, плотные облака газа и т. п. Светимость огромная, причем это как раз тот случай, когда эддингтоновский предел не работает. Но появляется другая засада: квазар ионизирует и разогревает окружающую среду вокруг себя настолько, что прекращается образование звезд, а выросшее давление горячего газа намного превосходит тяготение черной дыры. Как показывает моделирование, быстрый рост черной дыры при такой «гиперэддингтоновской» аккреции прекращается на уровне всего лишь 10 8 М_☉.

Итак, кажется, весьма непросто преодолеть наклон кривых, приведенных на рис. 1, и вырастить за 600 млн лет квазар с черной дырой 10 9 М_☉, стартуя с черной дыры звездного происхождения.

Пока это были рассуждения на качественном уровне. Стоит сказать пару слов о том, как народ пытается исследовать проблему численно.

Молодая Вселенная в суперкомпьютере

Численное моделирование эволюции ранней Вселенной — уже далеко не новое занятие. Наиболее знаменит проект «Миллениум», выдавший эффектную картину крупномасштабной структуры. С тех пор (начало 2000-х) произошел некоторый (хотя и не радикальный) прогресс как в вычислительной технике, так и в методах моделирования. Задача изначально тяжелая, поскольку включает в себя гравитацию и гидродинамику космической среды с разными компонентами (темная материя, двухфазная барионная среда (горячий ионизированный и холодный нейтральный газ), звезды).

Сравнительно недавно (декабрь 2020) опубликован препринт [2] с результатами весьма впечатляющего счета, подобного «Миллениуму», но с существенно лучшим разрешением. Во-первых, был использован гибридный метод (мягкие частицы + сетка), уменьшающий числовой шум и различные артефакты типа численной вязкости. Всё равно возможности численного счета далеки от того, чтобы честно проследить всё, что происходит на всей лестнице масштабов, охватывающей много порядков величин. Поэтому авторам пришлось прибегнуть к ряду ухищрений: счет в два приема, сначала грубая прикидка эволюции в кубическом гигапарсеке, потом выбор самого тяжелого облака 10 13 М_☉, образовавшегося в этом гигапарсеке, и затем дальнейшая работа с ним одним. Поскольку невозможно одновременно отслеживать большие и маленькие масштабы, образование индивидуальных звезд и черных дыр было модельным: там, где были подходящие условия, автоматически появлялось звездное население III, часть которого превращалась в черные дыры массой 10–100 М_☉. Эти черные дыры играли роль «легких зародышей». Данные о более тяжелых чернодырных зародышах (10 3 –10 6 М_☉) вносились вручную в предположении, что они появляются в результате некоторых процессов, которые невозможно воспроизвести прямым моделированием (см. ниже). Для аккреции на черную дыру (основной материал аккреции — межзвездный газ) тоже использовались модели в разных вариантах, обратное влияние растущего квазара на окружающую среду моделировалось более корректно.

Рис. 2. Распределение газа в компьютерной симуляции облака массой 10 13 М_☉. Из работы [2]

Картинки распределения газа, полученные в результате этого моделирования, впечатляют глубиной разрешения (рис. 2). Что касается роста квазара — моделирование подтвердило проблему: вырастить квазар массой 10 9 М_☉ из легкого зародыша не удается. Максимум, что получилось к z = 6 из зародыша звездной массы, — черная дыра 2,5 × 10 6 М_☉. А если взять зародыш массой 10 5 М_☉, то всё получается. Но откуда его взять? Он должен появиться примерно в то же время, когда родились первые звезды: при z

30, когда возраст Вселенной составлял 100 млн лет, может быть чуть позже.

Тяжелые зародыши

Естественно, в качестве одного из решений проблемы ранних квазаров привлекаются первичные черные дыры. Тогда всё объясняется просто: зародыши массой 10 5 М_☉ образовались вместе со Вселенной, в ее первые мгновения, а потом выросли до наблюдаемых величин. Проблема в том, что первичные черные дыры, особенно такой массы, плохо сочетаются с теорией космологической инфляции; точнее, для их объяснения требуются специальные теоретические усилия. Да, они могли бы образоваться в результате флуктуаций метрики при плотности Вселенной, сравнимой с планковской, там могло образоваться что угодно — космические струны, доменные стенки, магнитные монополи. Однако раздувание пространства, которое шло при плотности на несколько порядков ниже планковской, разносит всю эту экзотику на колоссальные расстояния, так что обнаружить нечто подобное в пределах горизонта Вселенной крайне маловероятно. Существуют довольно мудреные модели, в которых первичные черные дыры большой массы получаются в конце инфляции или даже после нее. Но все-таки это некая чрезвычайщина: разрабатывать подобные модели интересно и полезно, но чтобы их принять за правду, требуются чрезвычайные свидетельства. Их пока нет.

Может ли тяжелый зародыш образоваться в первые 100–200 млн лет жизни Вселенной? Это так называемые темные века, о которых мы почти ничего не знаем, что-то наблюдать там очень тяжело из-за огромного красного смещения, да и ярких источников почти нет. Пока можно только теоретически или численно пытаться воспроизвести, что там происходит. Вырисовывается много интересного.

Во-первых, иерархическое слияние объектов — звезд и черных дыр. Недавно наблюдалось слияние двух рекордных черных дыр, одна из которых, по всей вероятности, уже была результатом слияния [3]. Могут сливаться и звезды — друг с другом (после чего коллапсировать в черные дыры) и с черными дырами. Это может происходить в плотном скоплении, где тяжелые объекты из-за многократных взаимодействий теряют момент вращения, передавая его легким объектам, и садятся в центр скопления, где и сливаются. Есть работы, где прослеживается динамика звезд в плотном скоплении с образованием черных дыр в 1000 М_☉. Вероятно, это далеко не предел. Заметим, что при слиянии звезд и черных дыр эддингтоновский предел вообще никак не сказывается, а при слиянии черных дыр эффективность высвечивания в электромагнитном спектре вообще близка к нулю.

Во-вторых, может существовать механизм прямого коллапса (минуя стадию звезд) массивных газовых облаков массой порядка 10 6 М_☉ в черную дыру. Такая возможность обсуждается в работе [2], там же даны соответствующие ссылки. Подобный процесс довольно сложно себе представить, поскольку он требует эффективных механизмов охлаждения газа (рассматривается вариант охлаждения через излучение нейтрино) и сброса момента вращения. Тем не менее некоторые разумные варианты такого коллапса существуют. Их обсуждение заслуживает отдельной статьи.

Стоит сказать об одном упрощающем обстоятельстве: квазаров с массой

10 9 М_☉ на красном смещении z

7, похоже, очень мало. Они должны быть неплохо видны: плотность газа в ту эпоху весьма высока, и темп аккреции должен быть близок к критическому. Тем не менее во всей огромной Вселенной их найдено лишь несколько штук. Это значит, что для их объяснения можно привлекать редкие события, например аномально плотное звездное скопление, где образовался аномально массивный зародыш будущего квазара, и т. п.

В целом, кажется, что проблема решается без какой-либо чрезвычайщины, хотя и с некоторым напряжением. Наиболее вероятный ключ к решению — самые первые сотни миллионов лет, где можно рассчитывать на сверхкритический (даже «гиперкритический») рост зародыша черной дыры до 10 5 –10 6 М_☉. Дальнейший сверхкритический рост сверхмассивной черной дыры кажется менее вероятным, но он и не нужен, если смог образоваться тяжелый зародыш. Для прояснения необходимы дальнейшие исследования, пока что — численными методами.

Что касается наблюдений, стоит в очередной раз возложить надежду на грядущий телескоп Джеймса Уэбба, который позволит глубже заглянуть в «темные века» Вселенной.

Автор благодарен Константину Постнову за ценные замечания.

Источник