Что такое квазары. Теории появления квазаров
Особенности и типичные характеристики квазаров — квазизвездных радиоисточников, природа которых является загадкой для астрономии
Как и когда были открыты квазары
В деле изучения космоса никак нельзя опираться на данные полученные только из одного источника. Поэтому и видов астрономии так много – не всегда можно увидеть в оптическом диапазоне то, что отлично видно в ульрафиолетовом, или , скажем радиоизлучении.
Так было и с открытием квазаров. Оказалось, что некоторые, внешне совершенно не выдающиеся блеском звездочки, если “посмотреть” на них не обычным, а радиотелескопом, “выбрасывают” в космос столько энергии в секунду, что наше Солнце едва-едва способно выдать за сотни лет непрерывной “работы”!
Квазар в представлении художника.
Причем, такие “космические радиостанции” оказались не таким уж редким явлением. В 1963 г. были известны уже пять очень мощных, но в то же время явно точечных источников космического радиоизлучения, которым изначально дали название «радиозвезды». Однако вскоре этот термин был признан неудачным и таинственные радио излучатели стали называть квазизвездными радиоисточниками, или, сокращенно, квазарами.
В упрощенном виде можно сказать, что квазар это объект похожий на звезду размерами и наблюдаемый в оптическом диапазоне как звезда, но в то же время массой и мощностью радиоизлучения, во много раз превышающие любые звезды.
Какими особенностями обладают квазары?
Исследуя спектр квазаров, астрономы убедились, что они расположены очень далеко от Земли, явно за пределами Млечного пути, в глубоком космосе. Более того – постепенно выяснилось, что квазары вообще самые далекие из доступных сегодня человеку космических объектов.
Так, уже на первых порах оказалось, что расстояние до квазара 3С 273 равно двум миллиардам световых лет, причем квазар удаляется от Земли со скоростью 50000 км/сек! По данным десятилетней давности (2005 г.), науке известно не менее 200 000 квазаров или похожих на них радиоисточников в космосе, причем самый далекий из них удален от нас примерно на 15 миллиардов световых лет!
Заметим, что этот квазар представляет собой не только чрезвычайно тяжелый и “яркий” в радиочастотном диапазоне объект, но одновременно с этим и самый быстрый – он «убегает» от нас со скоростью, близкой к скорости света!
Какой размер у квазаров
Когда стала очевидной почти невообразимая удаленность квазаров, возник вопрос, что это за тела (или системы тел) и почему они так ярко светят? Даже рядовой квазар излучает свет, в десятки и сотни раз сильнее, чем самые крупные галактики, состоящие из сотен миллиардов звезд. А есть и квазары, еще в десятки раз более яркие.
Вас может заинтересовать
Характерно, что квазары излучают во всем электромагнитном диапазоне от рентгеновских волн до радиоволн, причем у многих из них инфракрасное («тепловое») излучение особенно мощно. Даже средний квазар ярче 300 миллиардов солнц! А квазар с зубодробительным именем J043947.08+163415.7 обнаруженный в январе 2019 года имеет яркость эквивалентную 600 триллионам Солнц – совершенно немыслимая величина.
При всех этих свойствах совершенно неожиданно оказалось, что блеск квазаров испытывает заметные колебания, как у переменных звезд. Самым удивительным было то, что периоды таких колебаний подчас чрезвычайно малы – недели, дни и даже меньше. Например, известен квазар с периодом изменения блеска всего около 200 секунд!
Этот факт неоспоримо свидетельствовал о том, что размеры квазаров относительно невелики. В природе нет ничего быстрее света. Поэтому взаимодействие внутри любой материальной системы не может происходить быстрее 300000 км/сек. Значит, если квазар меняет свой блеск, то его размеры не превышают соответствующее число световых лет, дней или часов. Говоря более ясно, любой объект, меняющий блеск с периодом в «t» лет, имеет поперечник не более «t» световых лет.
Из этого следует, что размеры квазаров очень малы и их диаметры, как правило, не превосходят несколько сотен астрономических единиц. Напомним читателю, что поперечник нашей планетной системы равен 100 а.е., а значит, по размерам квазары (и это максимальное значение) сравнимы с планетной системой.
Посчитано, что тот самый квазар с периодом в 200 секунд имеет поперечник вдвое меньше радиуса земной орбиты. Откуда же в таком малом объеме космического пространства берутся чудовищно большие запасы энергии?
Квазар 3С 273 – один из самых ранних обнаруженных квазаров. На фоне других звезд ни чем особым не выделяется. А вот энергии излучает в триллионы раз больше, чем соседи по фотографии!
Что представляет собой квазар?
Выяснено, что квазары могут существовать не более нескольких миллионов лет и за время своей жизни они излучают фантастическую энергию 1055 Дж. Однако спектр квазаров по химическому составу мало чем отличается от спектра обычных звезд.
В отдельных случаях удается различить двойственность квазаров, неоднородности их структуры. Так, вблизи квазара 3С 273 обнаружена материя, выброшенная из квазара в результате какого-то мощнейшего взрыва. Все это свидетельствует о мощнейших взрывных процессах, и квазары предстают современным астрофизикам как объекты, «переполненные» энергией, от которой они всячески стараются освободиться.
По мнению одних астрономов квазары – это сверхзвезды с массой, в миллиард раз больше солнечной. В такой сверхзвезде в ходе термоядерных реакций превращения водорода в гелий могла бы за миллионы лет выделиться энергия в 1055 Дж. Беда в том, что по современным теоретическим представлениям звезды с массой, более чем в 100 раз большей, чем у Солнца, неустойчивы.
Другие полагают, что квазары – это сверхмассивные черные дыры с массой в миллиарды солнц. Засасывание в дыру громадных масс газа могло бы, по их мнению, привести к наблюдаемому мощному энерговыделению. Многие считают квазары активными ядрами очень далеких галактик.
Следует помнить, что, наблюдая квазары, мы видим прошлое, удаленное от нашей эпохи на миллиарды лет. Любопытно, что по мере нашего продвижения в глубины мирового пространства количество открываемых квазаров сначала увеличивается, а потом уменьшается. Этот факт доказывает, что квазары – кратковременная форма существования материи. Возможно, что квазары – это фрагменты, осколки того напоенного энергией сверхплотного тела, из которого при взрыве 15-20 миллиардов лет назад образовалась наблюдаемая часть Вселенной.
Так ли это на самом деле, станет ясно в будущем.
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.
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.
Друзья! Если вам понравилась эта статья, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал! Спасибо!
Источник
Что из себя представляют 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.1
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.
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.
Источник