A kvazár ( angolul quasar ) a csillagászati objektumok osztálya, amelyek (abszolút értékben) a látható világegyetem legfényesebbei közé tartoznak . Az angol kvazár kifejezés a quas i-stell ar („kvázi-csillagszerű” vagy „csillagszerű ” ) és r adiosource („ rádióforrás ”) szavakból származik, és szó szerint „csillagszerű rádióforrást” jelent [1] .
A kompakt kvazárt blazárnak nevezik [2] .
A modern elképzelések szerint a kvazárok a fejlődés kezdeti szakaszában lévő aktív galaktikus magok , amelyekben egy szupermasszív fekete lyuk elnyeli a környező anyagot, és akkréciós korongot képez . Ez a sugárzás forrása, amely kivételesen erős (néha tízszer és százszor nagyobb, mint a miénkhez hasonló galaxisok összes csillagának összteljesítménye ), és rendelkezik a kozmológiai gravitációs vöröseltolódáson túlmenően, amelyet A. Einstein általánosságban megjósolt . relativitáselmélet (GR) [3] [4 ] [5] .
A kvazárokat nagy vöröseltolódású objektumként fedezték fel, elektromágneses sugárzással (beleértve a rádióhullámokat és a látható fényt is), és szögméretei olyan kicsik , hogy a felfedezés után néhány évig nem tudták megkülönböztetni őket a "pontforrásoktól" - a csillagoktól (ellenkezőleg, a kiterjesztett források nagyobbak galaxisoknak felel meg [6] ; a legfényesebb kvazár magnitúdója +12,6). A kvazárok körüli szülőgalaxisok nyomait (és korántsem az összeset) csak később fedezték fel.
A kvazárok nagyon széles tartományban detektálhatók, és a kvazárdetektálási vizsgálatok kimutatták, hogy a kvazáraktivitás gyakoribb volt a távoli múltban. A kvazártevékenység korszakának csúcsa körülbelül 10 milliárd évvel ezelőtt volt [7] .
A kvazárokat az univerzum jelzőfényeinek nevezik . Nagy távolságból láthatóak [8] [9] [10] [11] ( z = 7,5- et meghaladó vöröseltolódásig ) [12] [13] , tanulmányozzák az Univerzum szerkezetét és fejlődését , meghatározzák az anyag eloszlását nyalábnézeten: a hidrogén erős spektrális abszorpciós vonalai az elnyelő felhők vöröseltolódása mentén vonalerdővé bontakoznak ki [14] . Nagy távolságuk miatt a kvazárok a csillagokkal ellentétben gyakorlatilag mozdulatlannak tűnnek (nincs parallaxisuk ), ezért a kvazár rádiósugárzását egy automatikus bolygóközi állomás pályaparamétereinek pontos meghatározására használják a Földről [15]. .
2017 végén a legtávolabbi felfedezett kvazár az ULAS J1342+0928 , vöröseltolódása 7,54 [12] [13] . A kvazár fényét akkor bocsátották ki, amikor a világegyetem még csak 690 millió éves volt. A 800 millió naptömegre becsült kvazár szupermasszív fekete lyuk az eddig azonosított legtávolabbi fekete lyuk.
2019 januárjában bejelentették a legfényesebb kvazár felfedezését – fényerejét 600 billió napelemre becsülik [16] . A kvazár neve J043947.08+163415.7 , az objektum távolsága hozzávetőlegesen 12,8 milliárd fényév (vöröseltolódás z = 6,51 [17] ) [18] [19] .
A modern definíció mellett ott volt az eredeti is [20] : „A kvazár (kvázi-csillagobjektum) az égi objektumok egy osztálya, amelyek az optikai tartományban lévő csillagokhoz hasonlóak, de erős rádiósugárzással és rendkívül erős. kis szögméretek (10″-nál kisebb)”; csillagokhoz hasonló önsugárzó kozmikus test , tömegében és fényességében sokszorosa a Napnál [21] [22] .
Az eredeti meghatározás az 1950-es évek végén és az 1960-as évek elején alakult ki, amikor az első kvazárokat felfedezték, és tanulmányozásukat még csak elkezdték. Ez a meghatározás általában helyes, azonban idővel olyan rádiócsendes kvazárokat fedeztek fel, amelyek nem hoznak létre erős rádiósugárzást [20] [23] ; 2004-től az ismert kvazárok körülbelül 90%-a ilyen.
A kvazárok története a Jodrell Bank rádiómegfigyelőközpont programjával kezdődött a rádióforrások látszólagos szögméreteinek mérésére.
Az első kvazárt, a 3C 48 -at az 1950-es évek végén Allan Sandage és Thomas Matthews fedezte fel az égbolt rádiós felmérése során. 1963 - ban már 5 kvazárt ismertek. Az új típusú objektumok olyan rendellenes tulajdonságokat egyesítettek, amelyeket akkoriban nem tudtak megmagyarázni. Nagy mennyiségű széles spektrumú sugárzást bocsátottak ki, de többségüket optikailag nem észlelték, bár néhány esetben sikerült azonosítani a távoli csillaghoz hasonló halvány és pontszerű objektumot. Az objektumot alkotó kémiai elemeket azonosító spektrumvonalak is rendkívül furcsák voltak, és nem bonthatók le az akkor ismert összes elem spektrumára és különböző ionizált állapotaira.
Ugyanebben az évben Martin Schmidt holland csillagász bebizonyította, hogy a kvazárok színképének vonalai erősen eltolódnak . A 3C 48 furcsa spektrumát Schmidt, Greenstein és Ocke gyorsan azonosította, mint erősen vöröseltolódott hidrogén- és magnéziumvonalakat. Ha ez a „csillag” fizikai mozgásának köszönhető, akkor a 3C 273 óriási sebességgel távolodott el tőlünk, körülbelül 47 000 km/s-os sebességgel, messze meghaladva bármely ismert csillag sebességét [24] . Ezenkívül a szélsőséges sebesség sem segít megmagyarázni a 3C 273 hatalmas rádiósugárzását. Ha a vöröseltolódás kozmológiai volt (ez a feltételezés ma már ismert, hogy helyes ), a nagy távolság azt jelentette, hogy a 3C 273 sokkal fényesebb volt, mint bármely galaxis, de sokkal kompaktabb.
Szinte azonnal, 1963. április 9- én Yu. N. Efremov és A. S. Sharov a 3C 273 forrás képeinek fotometriai mérései segítségével felfedezte a kvazárok fényerejének változékonyságát mindössze néhány napos periódus alatt [25] [26 ] ] . A kvazárok szabálytalan fényességi változékonysága egy napnál rövidebb időskálán azt jelzi, hogy sugárzásuk keletkezési tartománya kicsi, a Naprendszer méretéhez mérhető, fényességük azonban sokszorosan meghaladta a hétköznapi galaxisok fényességét. Ráadásul a 3C 273 elég fényes volt ahhoz, hogy az 1900-as évek archív fényképein észrevehető legyen; azt találták, hogy éves időskálánként változik, ami arra utal, hogy a fény jelentős része egy 1 fényévnél kisebb méretű, a galaxishoz képest kicsi területről sugárzott ki. Feltételezve, hogy ez a vöröseltolódás a kvazárok eltávolításából adódó kozmológiai vöröseltolódás következménye, a távolságot a Hubble-törvény határozta meg .
Az egyik legközelebbi és legfényesebb kvazár, a 3C 273 magnitúdója körülbelül 13 m [27] , vöröseltolódása pedig z = 0,158 [28] (ez körülbelül 3 milliárd fényév távolságnak felel meg ) [29] . A legtávolabbi kvazárokat gigantikus fényességük miatt, amely több százszor nagyobb, mint a hétköznapi galaxisok fényereje, rádióteleszkópok segítségével rögzítik , több mint 12 milliárd fényév távolságból. év . 2011 júliusában a legtávolabbi kvazár ( ULAS J112001.48+064124.3 ) körülbelül 13 milliárd fényév távolságra volt. évre a Földtől [30] .
Nagyon nehéz meghatározni az eddig felfedezett kvazárok pontos számát. Ez egyrészt az új kvazárok folyamatos felfedezésével, másrészt azzal magyarázható, hogy nincs egyértelmű határ a kvazárok és más típusú aktív galaxisok között . Az 1987 -ben közzétett Hewitt-Burbridge listán a kvazárok száma 3594. 2005-ben csillagászok egy csoportja 195 000 kvazár adatait használta fel tanulmányában [31] .
A kvazárok felfedezésük pillanatától kezdve sok vitát és vitát váltottak ki a tudományos közösségben. A kis méretet az interferometria és a kvazár egészének teljesítményváltozási sebességének megfigyelése igazolta, valamint az, hogy még a legerősebb optikai teleszkópokban sem lehetett látni a halvány csillagpontforrásoknál. De ha a tárgyak kicsik lennének és messze vannak az űrben, energiafelszabadulásuk rendkívül hatalmas és nehezen megmagyarázható lenne. Ellenkezőleg, ha méretükkel sokkal közelebb lennének galaxisunkhoz, akkor könnyű lenne megmagyarázni látszólagos erejüket, de akkor nehéz megmagyarázni a vöröseltolódásukat és az észlelhető mozgások hiányát az Univerzum hátterében (parallaxis). ).
Ha a mért vöröseltolódást egy tágulás okozta, akkor ez támogatná a nagyon távoli objektumok értelmezését, szokatlanul nagy fényerővel és az eddig látott objektumot messze meghaladó teljesítmény mellett. Ez az extrém fényerő magyarázza a nagy rádiójelet is. Schmidt arra a következtetésre jutott, hogy a 3C 273 vagy egy körülbelül 10 km átmérőjű csillag lehet galaxisunk belsejében (vagy annak közelében), vagy egy távoli, aktív galaktikus atommag. Kijelentette, hogy a távoli és rendkívül erős objektum feltételezése valószínűleg helyes [24] .
Az erős vöröseltolódás magyarázata akkoriban nem volt általánosan elfogadott. A fő probléma az a hatalmas energiamennyiség volt, amelyet ezeknek a tárgyaknak ki kell sugározniuk, ha ilyen távolságra vannak. Az 1960-as években ezt egyetlen általánosan elfogadott ismert mechanizmus sem tudta megmagyarázni. A jelenleg elfogadott magyarázatot, miszerint ez az akkréciós korongban lévő anyag szupermasszív fekete lyukba zuhanásának az oka, csak 1964-ben javasolta Zeldovich és Edwin Salpeter [32] , és már akkor is sok csillagász elutasította, mert 1960- Az 1900-as évek elején a fekete lyukak létezését még széles körben elméletinek és túlságosan egzotikusnak tartották, és sok galaxis (köztük a miénk) még nem erősítették meg, hogy szupermasszív fekete lyukak találhatók a központjában. Sok csillagász és kozmológus azt magyarázta, hogy a kibocsátásukban és az egyes kvazároknál megfigyelt változási sebességük furcsa spektrális vonalai viszonylag kicsik, és ezért valószínűleg fényesek, masszívak, de nem olyan messze; ennek megfelelően, hogy vöröseltolódásukat nem a világegyetem tágulása miatti távolság vagy tőlünk távolodó sebesség okozta, hanem valami más ok vagy ismeretlen folyamat, vagyis a kvazárok nem igazán voltak olyan fényes objektumok extrém távolságokban.
Az 1960-as és 1970-es években különféle magyarázatokat kínáltak, mindegyiknek megvannak a maga hiányosságai. Feltételezik, hogy a kvazárok közeli objektumok, és vöröseltolódásukat nem a tér tágulása okozza ( a speciális relativitáselmélet magyarázza ), hanem a mély gravitációs kútból előtörő fény (a gravitációs vöröseltolódást az általános relativitáselmélet magyarázza ). Ehhez egy masszív tárgyra lenne szükség, ami szintén megmagyarázná a nagy fényerőt. A mért vöröseltolódás eléréséhez elegendő tömegű csillag azonban instabil lesz, és meghaladja a Hayashi határértéket [33] . A kvazárok tiltott spektrális emissziós vonalakat is mutatnak, amelyeket korábban csak forró, kis sűrűségű gázködökben láttak, amelyek túlságosan diffúzok voltak ahhoz, hogy megfigyelhető energiát generáljanak, és egy mély gravitációs kútba illeszkedjenek [34] . Komoly kozmológiai aggodalmak is voltak a távoli kvazárok gondolatával kapcsolatban. Az egyik erős érv ellenük az volt, hogy olyan energiákat feltételeztek, amelyek messze meghaladják az ismert energiaátalakítási folyamatokat, beleértve a magfúziót is. Vannak olyan felvetések, amelyek szerint a kvazárok az antianyag stabil régióinak valamilyen korábban ismeretlen formájából készültek, és azt látjuk, hogy a közönséges anyaggal megsemmisül, és ez magyarázhatja fényességüket [35] . Mások szerint a kvazárok egy fehér lyuk féreglyuk [36] [37] végét vagy számos szupernóva láncreakcióját jelentették.
Végül az 1970-es évektől kezdődően számos bizonyíték (beleértve a korai röntgen-űrobszervatóriumokat, a fekete lyukak ismereteit és a kozmológia jelenlegi modelljeit) fokozatosan bebizonyította, hogy a kvazár vöröseltolódások valódiak, és a tér tágulása miatt a kvazárok valójában ugyanolyan erős és olyan távoli, mint Schmidt és néhány más csillagász, és hogy energiaforrásuk egy szupermasszív fekete lyukba zuhanó akkréciós korong anyaga. Ezt a feltevést erősítették a kvazár-gazdagalaxisok optikai és röntgen-megfigyelésének legfontosabb adatai, a különböző spektrális anomáliákat magyarázó "köztes" abszorpciós vonalak felfedezése, a gravitációs lencsék megfigyelései, Peterson és Gann 1971-es tényének felfedezése. hogy a kvazárokat tartalmazó galaxisok ugyanolyan vörös elmozdulást mutattak, mint a kvazárok, és Christian 1973-ban felfedezte, hogy sok kvazár „ködös” környezete egy kevésbé fényes gazdagalaxisnak felel meg.
Ez a modell jó összhangban van más megfigyelésekkel is, amelyek arra utalnak, hogy sok, vagy akár a legtöbb galaxisban van egy hatalmas központi fekete lyuk. Ez megmagyarázza azt is, hogy a kvazárok miért gyakoribbak a korai univerzumban: amikor egy kvazár anyagot eszik az akkréciós korongjából, eljön az a pont, amikor kevés az anyag a közelben, és az energiaáramlás lecsökken vagy leáll, majd a kvazár normál galaxis.
Az akkréciós korong energiatermelésének mechanizmusát végül az 1970-es években modellezték, és maguk a fekete lyukak létezésére vonatkozó bizonyítékokat is kiegészítették új adatokkal (beleértve azokkal a bizonyítékokkal, amelyek szerint szupermasszív fekete lyukak találhatók a saját és sokak központjában). más galaxisok), amely lehetővé tette a kvazárok problémájának megoldását.
A kvazárok az aktív galaxisok középpontjában állnak, és a világegyetem legfényesebb objektumai közé tartoznak, ezerszer több energiát sugároznak ki, mint a 200-400 milliárd csillagot tartalmazó Tejútrendszer. A kvazárok bolometrikus (a teljes spektrumra integrált ) fényessége elérheti az 1046-1047 erg / s értéket [ 38] . Egy kvazár átlagosan körülbelül 10 billiószor több energiát termel másodpercenként, mint a mi Napunk (és milliószor több energiát, mint a legerősebb ismert csillag), és a sugárzás minden hullámhossz-tartományában változékony [20] . A kvazárok kibocsátásának spektrális sűrűsége szinte egyenletesen oszlik el a röntgensugárzástól a távoli infravörösig , csúcspontja az ultraibolya és a látható tartományban van, és egyes kvazárok a rádió- és gamma-sugárzás erős forrásai is . A földi teleszkópok és a Hubble Űrteleszkóp nagyfelbontású képeinek felhasználásával egyes esetekben a kvazárokat körülvevő "gazdagalaxisokat" észlelték [25] . Ezek a galaxisok általában túl halványak ahhoz, hogy egy kvazár erős fényében lássák őket. A legtöbb kvazár átlagos látszólagos magnitúdója kicsi, és kis teleszkópokkal nem látható. A kivétel a 3C 273 objektum , amelynek látszólagos magnitúdója 12,9.
A kvazárok sugárzási mechanizmusa ismert: az anyag felhalmozódása a galaxisok magjában található szupermasszív fekete lyukakban. Fény és egyéb sugárzás nem hagyhatja el a fekete lyuk eseményhorizontján belüli tartományt, de a kvazár által létrehozott energia kívülről keletkezik, amikor a gravitáció és a hatalmas súrlódás hatására (az akkréciós korongban lévő gáz viszkozitása miatt) , a fekete lyukba eső anyagot nagyon magas hőmérsékletre hevítik . Ezzel a mechanizmussal az objektum tömegének 6-32%-a alakítható sugárzási energiává, ami például egy nagyságrenddel nagyobb, mint 0,7% a termonukleáris fúziós folyamatban a proton-proton ciklusban , amely uralkodik. a Naphoz hasonló csillagokban. A kvazárok központi tömegét reverberációs térképezéssel mérték, és 10 5 és 10 9 naptömeg között mozognak. Több tucat közeli nagy galaxis, köztük a mi Tejútrendszerünk, amelyeknek nincs aktív központja, és nem mutatnak a kvazárokhoz hasonló aktivitást, bebizonyosodott, hogy hasonló szupermasszív fekete lyukat (galaktikus központot) tartalmaznak a magjában. Így ma már úgy gondolják, hogy bár minden nagy galaxisban van ilyen típusú fekete lyuk, csak egy kis részének van elég anyag a közelében ahhoz, hogy aktivizálódjon és olyan energiát sugározzon, hogy kvazárnak tekinthető [39]. .
Ez azt is megmagyarázza, hogy a kvazárok miért voltak gyakoribbak a korai univerzumban, mivel az energiafelszabadulás akkor ér véget, amikor a szupermasszív fekete lyuk felemészti a körülötte lévő összes gázt és port. Ez azt jelenti, hogy lehetséges, hogy a legtöbb galaxis, beleértve a Tejútrendszert is, túljutott aktív szakaszán, és úgy néz ki, mint egy kvazár vagy az aktív galaxisok valamely más osztálya, amely a fekete lyuk tömegétől és az akkréciós sebességétől függ, és most pihenni, mert nincs elég anyag a közvetlen közelében ahhoz, hogy sugárzást generáljanak. Galaxisunkra vonatkozóan bizonyítékok vannak a múltban fekete lyukak tevékenységére, például a Fermi-buborékokra. .
A fekete lyuk közelében felhalmozódó anyag nem valószínű, hogy közvetlenül beleesik, de valamilyen kezdeti szögimpulzus hatására az anyag felhalmozódik az akkréciós korongban, és a szögimpulzus megmaradásának törvénye miatt minél közelebb van a feketéhez. lyuk, annál nagyobb a forgási sebesség, valójában közelít a fénysebességhez. A kvazárok akkor is újra meggyulladhatnak, amikor a normál galaxisok egyesülnek, és a fekete lyuk környéke megtelik friss anyagforrással. Feltételezések szerint a kvazár a szomszédos Androméda galaxisnak a saját Tejútrendszerünkkel való ütközése után körülbelül 3-5 milliárd éven belül kialakulhat [40] [41] [42] .
Sok kvazár rövid időn belül megváltoztatja fényerejét. Úgy tűnik, ez a kvazárok egyik alapvető tulajdonsága (a legrövidebb változás t ≈ 1 óra periódussal, a maximális fényerő 50-szeresére változik). Mivel egy változó fényerejű objektum mérete nem haladhatja meg a ct -t ( c a fénysebesség) , a kvazárok (vagy aktív részeik) méretei nagyon kicsik, fényórák nagyságrendjében.
Szótárak és enciklopédiák | ||||
---|---|---|---|---|
|
galaxisok | |
---|---|
Fajták |
|
Szerkezet | |
Aktív magok | |
Kölcsönhatás | |
Jelenségek és folyamatok | |
Listák |