Квазары – маяки Вселенной
Изучение Вселенной связано для человечества с двумя большими проблемами. Во-первых, человек пока не способен отправиться в путешествие за пределы Солнечной системы (а на деле пока даже не вышел за пределы системы Земля-Луна). Во-вторых, у нас нет карт, которые позволили бы проложить маршрут подобного путешествия. Во Вселенной, в отличие от нашей планеты, нет выделяющихся особенностей – побережий, рек, горных гряд. Для нас есть лишь далекие точки, но и они могут быть использованы для создания карты мира, если их свойства можно легко идентифицировать. Поэтому для этих целей можно попытаться использовать квазары. Кроме разработок подобных методик, для мыслей в этом направлении стимулом служит ожидание открытия миллионов далеких квазаров в следующим десятилетии. Квазары, которые мы сможем наблюдать, окажутся столь далеко, что позволят проникнуть в самую глубь времен, ко времени через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Поэтому надо быть готовым использовать эту информацию. В этом направлении работают сотрудники Западного резервного университета Кейза, наткнувшиеся на ключ к картографированию при помощи квазаров при изучении оптических свойств небольшой их выборки.
При учете красного смещения квазаров, находящихся на разном расстоянии от нас, удалось выявить аналогичные вариации свечения в оптическом спектре. Коррекция с учетом красного смещения необходима, так как из-за расширения Вселенной более далекие квазары не только краснее ближних, но также в них все изменения происходят медленнее – разумеется, с точки зрения наблюдателя. Обратный процесс также верен. Если мы знаем, с какой частотой изменяются оптические свойства квазара, то, найдя очередной и измерив частоту вариаций для него, можно определить красное смещение, а значит – расстояние до квазара. Это позволяет оценить размер Вселенной, создать ее карту, в которой реперными точками станут миллионы квазаров. «Похоже, мы имеем возможность получить удобное средство для анализа истории расширения Вселенной, –говорит Гленн Сатркман, профессор Университета. – Если мы сможем измерить красное смещение миллионов квазаров, мы также сможем составить представление о структуре Вселенных на еще больших красных смещениях». Заметим, что здесь и далее красное смещение будет обозначать не только свойство излучения, но и расстояние до объекта, однозначно им определяемое.
«Такое ощущение, что на квазарах есть переключатель яркости, и кто-то одновременно им работает, – говорит Старкман. – Общая зависимость оказалась на удивление схожей». Аналогичная зависимость для каждого квазара позволила с их помощью рассчитать красное смешение для каждого. При этом использовались два подхода. Сначала зависимости яркости от времени для каждого квазара были аппроксимированы прямыми линиями. Наклоны этих линий оказались связаны с красным смещением. Затем брался один из квазаров в выборке, для которого было известно красное смещение, и на основе этого значения и наклонов линий других линий вычислялось красное смещение 13 оставшихся квазаров. Но поскольку для них красное смещение также известно, это позволяет проверить методику и затем повторить весь цикло для следующего, таким образом, 14 раз проверив методику. Точность определения красного смещения составила 2% от истинного (известного заранее) значения.
Во втором методе брались значительные отрезки кривых светимости квазаров, и для каждой пары они сравнивались. Разумеется, ни о каком сходстве не могло быть и речи, но учитывая красное смещение, можно привести две кривые к сходству. Таким образом, задавшись одним квазаром с известным красным смещением, можно для каждого другого также подобрать смещение, которое позволило бы совместить кривые светимости. Точность при таком подходе достигла 1.5%.
Применение этой методики позволит измерять расстояния намного дальше, чем это возможно сейчас. Традиционный метод измерения расстояний во Вселенной – сверхновые типа Ia, которые видны при красном смещении до 1.7 (момент, когда Вселенная была в 2.7 раза меньше, чем сегодня). Но квазары – намного более яркие объекты, они видны на современном уровне развития техники при красном смещении до 7.1 – тогда Вселенная была в восемь раз меньше, чем сейчас. Расширение возможностей космологической картографии налицо. Возможно и дальнейшее усовершенствование, если методика окажется верна для квазаров на большем расстоянии. Это позволит намного дальше проникнуть в историю развития Вселенной. «Это позволит нам узнать, как гравитация создала структуру Вселенной, – говорит Старкман. – А скорость роста этой структуры позволит определить, что ответственно на ускоренное расширение Вселенной – темная энергия или измененный закон всемирного тяготения».
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.
Изображение квазара PKS 2349. Расстояние — 1,5 миллиарда световых лет от Земли.
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.
Аккреционный диск вокруг черной дыры.
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…
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Квазары — маяки вселенной?
Квазары самые яркие, самые удалённые и одни из самых старых объектов в наблюдаемой вселенной. За беспрецедентную яркость квазары часто называют маяками вселенной. Кроме фантастической яркости, квазары удивляют астрофизиков своей переменностью. Они могут изменить свой блеск в 1000 раз за очень короткий промежуток времени (за год, за месяц, за неделю, за сутки). Самый переменчивый из обнаруженных квазаров меняет свой блеск за 200 секунд . Такой набор качеств автоматически переводит квазары в разряд самых загадочных объектов вселенной. Не смотря на то, что версий объясняющих происхождение квазаров достаточно много, ни одна из них не предлагает полную и ясную модель происхождения квазаров. Поэтому современная астрофизика благоразумно оставляет этот вопрос открытым и продолжает накапливать наблюдения за квазарами. В качестве рабочей гипотезы, с которой согласны большинство исследователей квазаров, объясняющей феномен этих объектов, принято предположение о наличии в ядрах молодых и активных галактик гигантских чёрных дыр. Согласно этой гипотезе, механизм свечения квазаров объясняется перемещением вещества в аккреционных дисках сверхмассивных чёрных дыр. Вещество, падающее под действием гравитации в чёрную дыру, испытывает огромное трение (из-за вязкости газа в аккреционном диске), поэтому нагревается до очень высоких температур и начинает генерировать излучение высоких энергий с переменной яркостью . Если с такой модели «снять обёртку» в виде активной галактики, то в качестве источника переменной яркости квазара останется «голая» чёрная дыра. Но в этом случае механизм свечения квазаров ни чем не отличается от точно такого же механизма формирования джетов чёрных дыр. В принципе, вспоминая бритву Оккамы, ничего плохого в этом нет. Если природа один раз нашла хорошее решение, почему бы не повторить его снова в схожей ситуации? Но беда в том, что яркость квазаров и яркость джетов чёрных дыр отличается на несколько порядков. При этом яркость джета чёрной дыры сконцентрирована в очень узком луче вдоль её оси вращения. Яркость квазаров распространяется равномерно во всех направлениях. Такие различия трудно объяснить исключительно гигантскими размерами чёрных дыр в окрестностях квазаров. Объективные наблюдения за более близкими чёрными дырами и их джетами однозначно свидетельствуют, что максимальная яркость джетов чёрных дыр находится в радиодиапазоне. Почему спектры излучения чёрных дыр квазаров должны принципиально отличаться от спектров излучений обычных чёрных дыр – не понятно? Это уже явно противоречит принципу универсальности законов природы. Наконец, последним и самым сильным контраргументом против аккреционной светимости квазаров является тот факт, что у всех квазаров одновременно с их необъяснимой яркостью наблюдается точно такой же джет, как и у обычных чёрных дыр. В связи с этим можно предположить, что настоящей причиной феноменальной яркости квазаров являются не чёрные дыры, ну или по крайней мере, не перемещение (трение) вещества в их аккреционных дисках.
Давайте ещё раз вспомним, что чёрная дыра это тор , который вращается, чтобы сбросить «лишнюю» энергию сжатия. Чем определяется скорость вращения такого тора? Ответ достаточно очевиден – силой гравитационного сжатия, действующей на вещество чёрной дыры. Чем больше масса чёрной дыры, тем больше угловая скорость её вращения. Но угловая скорость не может расти бесконечно. Как только она достигнет скорости света, чёрная дыра начнёт излучать со своей поверхности частицы вещества (гравитоны), которые полетят во все стороны от чёрной дыры светящимся веером. Сбросив таким образом часть своей массы, чёрная дыра на какое-то время замедлит скорость своего вращения и вновь начнёт работать космическим «пылесосом», собирая материю из окружающего пространства. Периодичность этого процесса зависит от количества вещества в окрестностях чёрной дыры. Чем больше материи, тем быстрее чёрная дыра наберёт критическую массу и начнёт опять излучать гравитоны, озаряя окрестности той самой феноменальной яркостью.
Разглядывая представленную выше картинку, зададимся простым вопросом. А что будет, если количество вещества, поступающего на вход чёрной дыры, будет стабильно превышать рост её угловой скорости? В том случае, когда объём сбрасываемого чёрной дырой вещества будет стабильно меньше поглощаемого, угловая скорость вращения чёрной дыры просто обязана расти! Т.е. чёрная дыра начнёт вращаться со скоростью превышающей скорость света! Как долго это может продолжаться? Ответ лежит на поверхности — до тех пор, пока скорость вращения внутренних областей тора не сравняется со скоростью света. Ровно в этот момент центробежные силы разорвут чёрную дыру на части, разбрасывая всё вещество чёрной дыры в окружающее пространство, так как всё вещество чёрной дыры будет разогнано до её второй космической скорости. Даже самые приблизительные оценки количества энергии, высвобождаемого в результате такого взрыва, дают совершенно фантастические значения. Не поленитесь, подставьте в выражение E = mc^2 миллион солнечных масс. Такого количества энергии точно хватит для термоядерного синтеза всех элементов таблицы Менделеева. Следовательно, взрыв чёрной дыры это не что иное, как пресловутый большой взрыв – одномоментный акт творения всего и вся! Правда, из предложенной модели следует, что в результате взрыва конкретной чёрной дыры рождается не вся вселенная, а только какая-то локальная область этой вселенной. Но, согласитесь, так даже лучше. Не нужно придумывать, что было до большого взрыва и как из ничего появилось всё. В предлагаемой модели большой взрыв не совсем большой, а по меркам вселенной можно даже сказать — маленький. Но зато таких взрывов может быть бесконечно много и они очень хорошо описывают бесконечный процесс круговорота материи в природе и расширение вселенной.
Не правда ли, вырисовывается вполне симпатичная картина устройства мира. В которой вселенная бесконечна во времени и пространстве. Для её сотворения не требуется божественный акт одномоментного создания всей материи из пустоты. Круговорот материи во вселенной, подчиняющийся некой цикличности, осуществляется простым и понятным способом. Кстати, характеристики цикличности жизненного цикла чёрных дыр ещё предстоит найти. Что касается вопроса вынесенного в заголовок статьи, то ответ на него достаточно прост. Квазары это чёрные дыры на финальной стадии своего существования. Причём частота изменения яркости квазара свидетельствует о его возрасте. Чем меньше период смены яркости квазара, тем ближе его чёрная дыра к «большому взрыву». На самом последнем этапе своего существования чёрная дыра квазара светится непрерывно. И это можно считать ещё одним замечательным проявлением гармонии природы — самые тёмные и невидимые объекты вселенной — чёрные дыры, в конце своей жизни превращаются в самые яркие её объекты. Таким образом, квазары действительно можно сравнить с маяками вселенной, предупреждающими космических путешественников об опасности поджидающей всех, кто осмелится приблизиться к такому маяку.
Источник