Un quasar ( în engleză quasar ) este o clasă de obiecte astronomice care sunt printre cele mai strălucitoare (în termeni absoluti) din universul vizibil . Termenul englezesc quasar este derivat din cuvintele quas i-stell ar („quasi-stellar” sau „stellar-like ” ) și r adiosource (“ sursă radio ”) și înseamnă literal „sursă radio asemănătoare stelelor” [1] .
Un quasar compact se numește blazar [2] .
Conform conceptelor moderne, quasarii sunt nuclee galactice active în stadiul inițial de dezvoltare, în care o gaură neagră supermasivă absoarbe materia înconjurătoare, formând un disc de acreție . Este sursa de radiații, excepțional de puternică (uneori de zeci și sute de ori mai mare decât puterea totală a tuturor stelelor unor astfel de galaxii precum a noastră ) și având, pe lângă deplasarea gravitațională cosmologică spre roșu , prezisă de A. Einstein în general . teoria relativității (GR) [3] [4 ] [5] .
Quazarii au fost descoperiți ca obiecte cu deplasare spre roșu mare cu radiații electromagnetice (inclusiv unde radio și lumină vizibilă) și dimensiuni unghiulare atât de mici încât timp de câțiva ani de la descoperire nu au putut fi distinse de „surse punctuale” - stele (dimpotrivă, sursele extinse sunt mai mari). corespund galaxiilor [6] ; magnitudinea celui mai strălucitor quasar este +12,6). Urme ale galaxiilor părinte din jurul quasarelor (și departe de toate) au fost descoperite abia mai târziu.
Quasarurile sunt detectabile pe o gamă foarte largă de distanțe, iar studiile de detectare a quasarului au arătat că activitatea quasarului a fost mai frecventă în trecutul îndepărtat. Apogeul erei activității quasarului a fost acum aproximativ 10 miliarde de ani [7] .
Quazarii sunt numiți farurile universului . Sunt vizibile de la distanțe mari [8] [9] [10] [11] (până la o deplasare spre roșu care depășește z = 7,5) [12] [13] , studiază structura și evoluția Universului , determină distribuția materiei pe fascicul: liniile puternice de absorbție spectrală de hidrogen se desfășoară într-o pădure de linii de -a lungul deplasării spre roșu a norilor absorbanți [14] . Datorită distanței mari, quasarii, spre deosebire de stelele, arată practic nemișcați (nu au paralaxă ), astfel încât emisia radio a unui quasar este folosită pentru a determina cu precizie parametrii traiectoriei unei stații interplanetare automate de pe Pământ [15] .
De la sfârșitul anului 2017, cel mai îndepărtat quasar descoperit este ULAS J1342+0928 cu o deplasare spre roșu de 7,54 [12] [13] . Lumina văzută din acest quasar a fost emisă când universul avea doar 690 de milioane de ani. Gaura neagră supermasivă din acest quasar, estimată la 800 de milioane de mase solare, este cea mai îndepărtată gaură neagră identificată până în prezent.
În ianuarie 2019, a fost anunțată descoperirea celui mai strălucitor quasar - luminozitatea acestuia este estimată la 600 de trilioane solare [16] . Quasarul poartă numele de J043947.08+163415.7 , distanța până la obiect este de aproximativ 12,8 miliarde de ani lumină (deplasare spre roșu z = 6,51 [17] ) [18] [19] .
Pe lângă definiția modernă, a mai existat și cea originală [20] : „Un quasar (obiect cvasi-stelar) este o clasă de obiecte cerești care sunt asemănătoare cu o stea în domeniul optic, dar au emisii radio puternice și extrem de dimensiuni unghiulare mici (mai puțin de 10″)”; un corp cosmic autoradiant asemănător stelelor, de multe ori mai mare decât Soarele ca masă și luminozitate [21] [22] .
Definiția originală a fost formată la sfârșitul anilor 1950 și începutul anilor 1960, când au fost descoperiți primii quasari și studiul lor tocmai începuse. Această definiție este în general corectă, totuși, de-a lungul timpului, s-au descoperit quasari radio-liniștiți care nu creează emisii radio puternice [20] [23] ; din 2004, aproximativ 90% dintre quasarii cunoscuți sunt astfel.
Istoria quasarului a început cu programul observatorului radio Jodrell Bank pentru a măsura dimensiunile unghiulare aparente ale surselor radio.
Primul quasar, 3C 48 , a fost descoperit la sfârșitul anilor 1950 de Allan Sandage și Thomas Matthews în timpul unui sondaj radio al cerului. În 1963, erau deja cunoscuți 5 quasari. Noul tip de obiecte combina unele proprietăți anormale care nu puteau fi explicate în acel moment. Ei au emis o cantitate mare de radiații cu spectru larg, dar majoritatea nu au fost detectate optic, deși în unele cazuri a fost posibil să se identifice un obiect slab și punctiform, asemănător cu o stea îndepărtată. Liniile spectrale care identifică elementele chimice care alcătuiesc obiectul erau, de asemenea, extrem de ciudate și nu puteau fi descompuse în spectrele tuturor elementelor cunoscute la acea vreme și diferitele lor stări ionizate.
În același an, astronomul olandez Martin Schmidt a demonstrat că liniile din spectrele quasarului sunt puternic deplasate spre roșu . Spectrul ciudat al lui 3C 48 a fost identificat rapid de Schmidt, Greenstein și Ocke ca linii de hidrogen și magneziu foarte deplasate spre roșu. Dacă acest lucru s-ar fi datorat mișcării fizice a „stelei”, atunci 3C 273 se îndepărta de noi cu o viteză extraordinară, aproximativ 47.000 km/s, depășind cu mult viteza oricărei stele cunoscute [24] . De asemenea, viteza extremă nu ar ajuta la explicarea emisiilor radio uriașe ale 3C 273. Dacă deplasarea spre roșu ar fi cosmologică (această presupunere este acum cunoscută a fi corectă ), distanța mare a însemnat că 3C 273 era mult mai strălucitoare decât orice galaxie, dar mult mai compactă.
Aproape imediat, la 9 aprilie 1963, Yu. N. Efremov și A. S. Sharov, folosind măsurători fotometrice ale imaginilor sursei 3C 273, au descoperit variabilitatea luminozității quasarilor cu o perioadă de doar câteva zile [25] [26 ]. ] . Variabilitatea neregulată a luminozității quasarurilor pe scări de timp mai mici de o zi indică faptul că regiunea de generare a radiației lor are o dimensiune mică, comparabilă cu dimensiunea sistemului solar , dar luminozitatea lor a depășit de multe ori luminozitatea galaxiilor obișnuite. În plus, 3C 273 a fost suficient de luminos pentru a fi observat în fotografiile de arhivă din anii 1900; s-a descoperit că variază pe o scară de timp anuală, ceea ce implică faptul că o parte semnificativă a luminii a fost emisă dintr-o regiune cu dimensiunea mai mică de 1 an lumină, mică în comparație cu galaxie. Presupunând că această deplasare spre roșu se datorează efectului deplasării către roșu cosmologică rezultată din îndepărtarea quasarelor, distanța până la aceștia a fost determinată de legea lui Hubble .
Unul dintre cei mai apropiați și mai strălucitori quasari, 3C 273, are o magnitudine de aproximativ 13 m [27] și o deplasare spre roșu de z = 0,158 [28] (corespunzător unei distanțe de aproximativ 3 miliarde de ani lumină ) [29] . Cei mai îndepărtați quasari, datorită luminozității lor gigantice, de sute de ori mai mare decât luminozitatea galaxiilor obișnuite, sunt înregistrate cu ajutorul radiotelescoapelor la o distanță de peste 12 miliarde de ani lumină. ani . În iulie 2011, cel mai îndepărtat quasar ( ULAS J112001.48+064124.3 ) se afla la o distanță de aproximativ 13 miliarde de ani lumină. ani de la Pământ [30] .
Este foarte dificil de determinat numărul exact de quasari descoperiți până în prezent. Acest lucru se explică, pe de o parte, prin descoperirea constantă de noi quasari și, pe de altă parte, prin lipsa unei granițe clare între quasari și alte tipuri de galaxii active . În lista Hewitt-Burbridge publicată în 1987, numărul de quasari este de 3594. În 2005, un grup de astronomi a folosit date despre 195.000 de quasari în studiul lor [31] .
Quasarii imediat din momentul descoperirii lor au provocat multe discuții și controverse în comunitatea științifică. Dimensiunea mică a fost confirmată de interferometrie și de observarea ratei cu care quasarul în ansamblu și-a schimbat puterea și de incapacitatea de a vedea altceva decât surse punctuale stelare slabe chiar și în cele mai puternice telescoape optice. Dar dacă obiectele ar fi mici și îndepărtate în spațiu, eliberarea lor de energie ar fi extrem de uriașă și dificil de explicat. Dimpotrivă, dacă ar fi mult mai aproape de galaxia noastră cu dimensiunea lor, atunci ar fi ușor să explicăm puterea lor aparentă, dar atunci este greu de explicat deplasările lor spre roșu și absența mișcărilor detectabile pe fundalul Universului (paralaxă). ).
Dacă deplasarea spre roșu măsurată a fost cauzată de o expansiune, atunci aceasta ar sprijini interpretarea obiectelor foarte îndepărtate cu luminozitate neobișnuit de mare și o putere de ieșire mult peste orice obiect văzut până în prezent. Această luminozitate extremă explică și semnalul radio mare. Schmidt a concluzionat că 3C 273 ar putea fi fie o singură stea cu un diametru de aproximativ 10 km în interiorul (sau în apropierea) galaxiei noastre, fie un nucleu galactic activ îndepărtat. El a afirmat că presupunerea unui obiect îndepărtat și extrem de puternic este probabil să fie corectă [24] .
Explicația pentru deplasarea puternică spre roșu nu a fost general acceptată la acea vreme. Principala problemă a fost cantitatea uriașă de energie pe care ar trebui să o radieze aceste obiecte dacă s-ar afla la o asemenea distanță. În anii 1960, niciun mecanism cunoscut general acceptat nu putea explica acest lucru. Explicația acceptată în prezent, că aceasta se datorează căderii materiei din discul de acreție într-o gaură neagră supermasivă, a fost propusă abia în 1964 de Zeldovich și Edwin Salpeter [32] , și chiar și atunci a fost respinsă de mulți astronomi, deoarece în 1960 – La începutul anilor 1900, existența găurilor negre era încă considerată teoretică și prea exotică, iar multe galaxii (inclusiv a noastră) nu fuseseră încă confirmate că au găuri negre supermasive în centrele lor. Liniile spectrale ciudate în emisia lor și rata de schimbare observată în unii quasari au fost explicate multor astronomi și cosmologi ca fiind relativ mici și, prin urmare, posibil luminoase, masive, dar nu atât de departe; în consecință, că deplasările lor spre roșu nu s-au datorat distanței sau vitezei de retragere față de noi din cauza expansiunii universului, ci din cauza unei alte cauze sau a unui proces necunoscut, ceea ce înseamnă că quasarii nu erau cu adevărat obiecte atât de strălucitoare la distanțe extreme.
În anii 1960 și 1970 au fost oferite diverse explicații, fiecare cu propriile neajunsuri. S-a sugerat că quasarii sunt obiecte din apropiere și că deplasarea lor spre roșu se datorează nu expansiunii spațiului (explicată prin relativitatea specială ), ci luminii care iese dintr-un puț gravitațional profund (deplasarea gravitațională spre roșu este explicată de relativitatea generală ). Acest lucru ar necesita un obiect masiv, ceea ce ar explica și luminozitatea ridicată. Totuși, o stea cu masă suficientă pentru a obține deplasarea la roșu măsurată va fi instabilă și va depăși limita Hayashi [33] . Quasarurile arată, de asemenea, linii de emisie spectrală interzise care au fost văzute anterior doar în nebuloase gazoase fierbinți, de densitate scăzută, care ar fi prea difuze pentru a genera putere observabilă și pentru a se potrivi într-o puțu gravitațional adânc [34] . Au existat, de asemenea, preocupări cosmologice serioase cu privire la ideea de quasari la distanță. Un argument puternic împotriva lor a fost că ele implicau energii care depășeau cu mult procesele de conversie a energiei cunoscute, inclusiv fuziunea nucleară. Au existat câteva sugestii că quasarii au fost făcuți dintr-o formă necunoscută anterior de regiuni stabile de antimaterie și vedem o regiune de anihilare a acesteia cu materia obișnuită, iar acest lucru ar putea explica strălucirea lor [35] . Alții au sugerat că quasarii erau capătul unei găuri de vierme albe [36] [37] sau o reacție în lanț a numeroase supernove.
În cele din urmă, începând cu anii 1970, multe dovezi (inclusiv observatoarele spațiale cu raze X timpurii, cunoștințele despre găurile negre și modelele actuale de cosmologie) au demonstrat treptat că deplasările cuasarului spre roșu sunt autentice și, datorită expansiunii spațiului, că quasarii de fapt la fel de puternic și la fel de departe cum au sugerat Schmidt și alți astronomi și că sursa lor de energie este materia dintr-un disc de acreție care cade într-o gaură neagră supermasivă. Această presupunere a fost întărită de cele mai importante date de observații optice și cu raze X ale galaxiilor gazdă quasar, descoperirea liniilor de absorbție „intermediare” care explică diferite anomalii spectrale, observațiile lentilei gravitaționale, descoperirea de către Peterson și Gann în 1971 a faptului că galaxiile care conțineau quasari au prezentat aceeași deplasare roșie ca și quasarii și descoperirea lui Christian în 1973 că împrejurimile „cețoase” ale multor quasari corespundeau unei galaxii gazdă mai puțin luminoase.
Acest model este, de asemenea, în acord cu alte observații, care sugerează că multe sau chiar majoritatea galaxiilor au o gaură neagră centrală masivă. Acest lucru explică, de asemenea, de ce quasarii sunt mai des întâlniți în universul timpuriu: atunci când un quasar mănâncă materie de pe discul său de acreție, vine un moment în care există puțină materie în apropiere și fluxul de energie scade sau se oprește, iar apoi quasarul devine un galaxie normală.
Mecanismul de producere a energiei într-un disc de acreție a fost în sfârșit modelat în anii 1970, iar dovezile pentru existența găurilor negre în sine au fost, de asemenea, completate cu date noi (inclusiv dovezi că găurile negre supermasive pot fi găsite în centrele noastre și ale multor găuri negre). alte galaxii), ceea ce a permis rezolvarea problemei quasarelor.
Quazarii se află în centrul galaxiilor active și se numără printre cele mai strălucitoare obiecte cunoscute din univers, radiind de o mie de ori mai multă energie decât Calea Lactee, care conține 200 până la 400 de miliarde de stele. Luminozitatea bolometrică (integrată pe întregul spectru ) a quasarului poate ajunge la 1046-1047 erg / s [ 38] . În medie, un quasar produce de aproximativ 10 trilioane de ori mai multă energie pe secundă decât Soarele nostru (și de un milion de ori mai multă energie decât cea mai puternică stea cunoscută) și are variabilitate a radiațiilor în toate intervalele de lungimi de undă [20] . Densitatea spectrală a emisiei unui quasar este distribuită aproape uniform de la razele X la infraroșu îndepărtat , atingând un vârf în ultraviolet și vizibil , unii quasari fiind, de asemenea, surse puternice de radiații radio și gamma . Folosind imagini de înaltă rezoluție de la telescoape de la sol și telescopul spațial Hubble, au fost detectate în unele cazuri „galaxii gazdă” din jurul quasarelor [25] . Aceste galaxii sunt de obicei prea slabe pentru a fi văzute în lumina strălucitoare a unui quasar. Mărimea aparentă medie a majorității quasarelor este mică și nu poate fi văzută cu telescoape mici. Excepție este obiectul 3C 273 , a cărui magnitudine aparență este 12,9.
Mecanismul de radiație al quasarelor este cunoscut: acumularea de materie în găurile negre supermasive situate în nucleele galaxiilor. Lumina și alte radiații nu pot părăsi regiunea din interiorul orizontului de evenimente al găurii negre, dar energia creată de quasar este generată din exterior atunci când, sub influența gravitației și a frecării uriașe (datorită vâscozității gazului din discul de acreție) , materia care cade în gaura neagră este încălzită la temperaturi foarte ridicate . Cu acest mecanism, de la 6% la 32% din masa obiectului poate fi convertită în energie de radiație, care, de exemplu, este un ordin de mărime mai mare de 0,7% pentru procesul de fuziune termonucleară în ciclul proton-proton , care predomină. în stele asemănătoare cu Soarele. Masele centrale ale quasarelor au fost măsurate folosind cartografierea cu reverberație și variază de la 105 la 109 mase solare. Câteva zeci de galaxii mari din apropiere, inclusiv propria noastră galaxie Calea Lactee, care nu au un centru activ și nu prezintă nicio activitate similară quasarelor, au fost confirmate că conțin o gaură neagră supermasivă similară (centrul galactic) în nucleele lor. Astfel, acum se crede că, deși toate galaxiile mari au o gaură neagră de acest tip, doar o mică parte are suficientă materie în apropierea sa pentru a deveni activă și a radia energie în așa fel încât să poată fi considerată un quasar [39] .
De asemenea, explică de ce quasarii erau mai des întâlniți în universul timpuriu, deoarece eliberarea de energie se termină atunci când gaura neagră supermasivă consumă tot gazul și praful din jurul său. Aceasta înseamnă că este posibil ca majoritatea galaxiilor, inclusiv Calea Lactee, să fi depășit stadiul lor activ, arătând ca un quasar sau o altă clasă de galaxie activă, care depindea de masa găurii negre și de rata de acumulare și se află acum la odihnă, deoarece nu există suficientă materie în imediata apropiere pentru a genera radiații. Pentru galaxia noastră, există dovezi ale activității găurilor negre în trecut, cum ar fi bulele Fermi. .
Este puțin probabil ca materia care se acumulează lângă gaura neagră să cadă direct în ea, dar din cauza momentului unghiular inițial, materia se va acumula în discul de acreție și, datorită legii conservării momentului unghiular, cu atât este mai aproape de negru. gaura, cu atât viteza de rotație este mai mare, apropiindu-se de fapt de viteza luminii. Quazarii se pot reaprinde și atunci când galaxiile normale se îmbină, iar vecinătatea găurii negre se umple cu o sursă proaspătă de materie. S-a sugerat că un quasar s-ar putea forma după ciocnirea galaxiei vecine Andromeda cu propria noastră galaxie Calea Lactee în aproximativ 3-5 miliarde de ani [40] [41] [42] .
Mulți quasari își schimbă luminozitatea în perioade scurte de timp. Aceasta este, aparent, una dintre proprietățile fundamentale ale quasarului (cea mai scurtă variație cu o perioadă t ≈ 1 h, luminozitatea maximă se modifică de 50 de ori). Deoarece dimensiunile unui obiect cu luminozitate variabilă nu pot depăși ct ( c este viteza luminii) , dimensiunile quasarilor (sau părților lor active) sunt foarte mici, de ordinul orelor de lumină.
Dicționare și enciclopedii | ||||
---|---|---|---|---|
|
Găuri negre | |||||
---|---|---|---|---|---|
Tipuri | |||||
Dimensiuni | |||||
Educaţie | |||||
Proprietăți | |||||
Modele |
| ||||
teorii |
| ||||
Soluții exacte în relativitatea generală |
| ||||
subiecte asemănătoare |
| ||||
Categorie:Gauri negre |
galaxii | |
---|---|
feluri |
|
Structura | |
Miezuri active | |
Interacţiune | |
Fenomene și procese | |
Liste |