favorite

Квазары - что такое и с чем едят


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

Картинки по запросу квазар 1920x1080

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.

Картинки по запросу квазар 1920x1080

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.

Дистанционные огни

Следует объяснитьчто такое пульсар. Это быстровращающаяся 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 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

Первого 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

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

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.

Строение квазара

Строение квазара

Большую часть квазаров 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).

Родство

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

Линзирование квазара

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)

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

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.