Загадки вселенной — квазары и пульсары
Астрономы изучали небесный покров с незапамятных времен. Однако, только со значительным скачком в развитии технологий, ученым удалось обнаружить такие объекты, которых у прежних поколений астрономов не было даже в воображении. Одними из них стали квазары и пульсары.
Несмотря на громадные расстояния до этих объектов, ученым удалось изучить их некоторые свойства. Но несмотря на это, они скрывают еще очень много нераскрытых тайн.
Что такое пульсары и квазары
Пульсар, как выяснилось – это нейтронная звезда. Его первооткрывателями стали Э.Хьюиш и его аспирант Д.Белл. Им удалось обнаружить импульсы, представляющие собой потоки излучения узкой направленности, которые становятся видны через определенные временные промежутки, поскольку этот эффект происходит за счет вращения нейтронных звезд.
Значительное уплотнение магнитного поля звезды и самой ее плотности происходит при ее сжатии. Она может уменьшиться до размеров в несколько десятков километров, и в такие моменты вращение происходит с невероятно большой скоростью. Эта скорость в некоторых случаях достигает тысячных долей секунды. Отсюда и получаются электромагнитные излучаемые волны.
Квазары и пульсары можно назвать самыми необычными и загадочными открытиями астрономии. Поверхность нейтронной звезды (пульсара) обладает меньшим давлением, нежели ее центр, по этой причине происходит распад нейтронов на электроны и протоны. Электроны разгоняются до неимоверных скоростей за счет наличия мощного магнитного поля. Порой эта скорость достигает скорости света, следствием чего является выброс электронов от магнитных полюсов звезды. Два узких пучка электромагнитных волн – именно так выглядит перемещение заряженных частиц. То есть электронами в сторону своего направления испускается излучение.
Продолжая перечисление необычных явлений, связанных с нейтронными звездами, следует отметить их внешний слой. В этой сфере встречаются пространства, в которых ядро не может быть разрушено по причине недостаточной плотности вещества. Следствием этого является покрытие самой звезды плотной корой за счет образования кристаллической структуры. В итоге накапливается напряжение и в определенный момент эта плотная поверхность начинает трескаться. Этот феномен ученые прозвали «звездотрясением».
Пульсары и квазары остаются полностью неизученными. Но если удивительные исследования поведали нам о пульсарах или т.н. нейтронных звездах много нового, то квазары держат астрономов в напряжении неизведанности.
Впервые мир узнал о квазарах в 1960 году. Открытие гласило, что это объекты с небольшим угловыми размерами, которым свойственна высокая светимость, а по классу они относятся к внегалактическим объектам. По той причине, что они обладают довольно маленьким угловым размером, многие годы считалось, что это просто звезды.
Точного количества обнаруженных квазаров неизвестно, но в 2005 году проводились исследования, в которых насчитывалось 195 тысяч квазаров. Пока ничего доступного для объяснения о них неизвестно. Существует масса предположений, однако ни одно из них не имеет каких-либо подтверждений.
Астрономы выяснили только то, что за временной отрезок менее 24 часов их блеск отмечает достаточную переменность. По этим данным можно отметить их относительно небольшой размер области излучений, который сопоставим с размерами Солнечной системы. Найденные квазары существуют и на расстоянии до 10 миллиардов световых лет. Разглядеть их удалось по причине их высочайшего уровня светимости.
Самый близкий подобный объект к нашей планете расположился приблизительно на отметке в 2 миллиарда световых лет. Возможно, грядущие исследования и используемые в них новейшие технологии предоставят человечеству новые познания о белых пятнах открытого космоса.
Источник
Квазары и пульсары
Во Вселенной существует не малое количество объектов, заслуживающих к себе внимания своим необычным поведением. Дело в том, что в середине XX века с развитием лабораторной техники в космосе стали обнаруживаться объекты посылающие в пространство периодические импульсы в оптическом, радиоволновом и рентгеновском спектрах. Это были пульсары .
Пульсары были открыты в июне 1967 г. Джоселин Белл, аспирантом Э.Хьюиша. За этот выдающийся результат Хьюиш получил в 1974 году нобелевскую премию. Результаты наблюдений были засекречены на полгода. Это было связано с предположением искусственности строго периодических импульсов радиоизлучения. Пульсар, представляет собой нейтронную звезду. Она испускает узконаправленные потоки злучения. В результате вращения нейтронной звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени — так образуются импульсы пульсара.
Каким же образом пульсары излучают электромагнитные волны? При сжатии звезды увеличивается не только её плотность. При коллапсе огромной массивной звезды до размеров порядка нескольких десятков километров период вращения уменьшается до сотых и даже тысячных долей секунды, т. е. до характерных периодов переменности пульсаров. Помимо этого сильно уплотняется и магнитное поле звезды.
На поверхности нейтронной звезды, где давление не столь велико как в центре, нейтроны могут опять распадаться на протоны и электроны. Сильное магнитное поле разгоняет электроны до скоростей, близких к скорости света, и выбрасывает их в околозвёздное пространство. Заряженные частицы движутся только вдоль магнитных силовых линий, поэтому электроны покидают звезду именно от её магнитных полюсов, где силовые линии выходят наружу. Перемещаясь вдоль силовых линий, электроны испускают излучение в направлении своего движения. Это излучение представляет собой два узких пучка электромагнитных волн.
Во внешнем слое нейтронной звезды происходят и другие необычные явления. Там, где плотность вещества ещё недостаточно велика для разрушения ядер, они могут образовывать кристаллическую структуру. И звезда покрывается жёсткой коркой, подобной земной коре, но только в невообразимое число раз плотнее. При замедлении вращения пульсара в этой твердой корке создаются напряжения. После того, как они достигнут определенной величины, корка начинает раскалываться. Это явление называется звездотрясением по аналогии с земными тектоническими процессами. Возможно, такими звездотрясениями объясняются скачкообразные изменения периодов некоторых пульсаров. 
Несколько похоже проявляют себя «новые» звезды — звёзды, светимость которых внезапно увеличивается в несколько тысяч раз. Все новые звёзды являются тесными двойными системами, состоящими из белого карлика и звезды-компаньона. В таких системах происходит перетекание вещества внешних слоев звезды-компаньона на белый карлик, перетекающее вещество образует вокруг белого карлика аккреционный диск, скорость аккреции на белый карлик постоянна и определяется параметрами звезды-компаньона и отношением масс звёзд — компонентов двойной системы. Газ, попадающий на белый карлик на 90% состоит из водорода. По мере накопления газа он начинает нагреваться и в какой-то момент в этом газе начинают идти термоядерные реакции. Из-за особенностей взаимодействия двух звезд скорость термоядерной реакции быстро увеличивается, а с ней растет и температура. В результате этого формируется ударная волны выбрасывающая остатки водорода в космос.
Вскоре после вспышки начинается новый цикл аккреции на белый карлик и накопления водородного слоя и, через некоторое время, определяемое темпами аккреции и свойствами белого карлика, вспышка повторяется. Интервал между вспышками составляет от десятков до тысяч лет.
Несмотря на все паразительность пульсаров и новых звезд, пожалуй, самими загадочными из подобных являются квазары. Квазары это класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от — звёзд.
Впервые квазары обнаружили в 1960 году как мощные радиоисточники. Очень сложно определить точное число обнаруженных на сегодняшний день квазаров. Это объясняется, с одной стороны, постоянным открытием новых квазаров, а с другой — некоторой размытостью границы между квазарами и некоторыми типами активных Галактик. В 2005 году группа астрономов использовала в своём исследовании данные о 195 000 квазаров.
Ближайший и наиболее яркий квазар находится на расстоянии около 2 млрд световых лет, а самые далёкие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость нормальных Галактик, видны на расстоянии более 10 млрд световых лет. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы.
Внятного ответа на вопрос, что же такое квазары пока нет. Разумеется, существует множество теорий, но на сегодняшний день нет ни одной состоятельной из них.
Источник
Квазары
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 Солнца, галактики 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 – невероятно интересные объекты, потому что своим ярким сиянием способны затмить целые галактики. Это далекие формирования, подпитывающиеся от черных дыр, и в миллиарды раз массивнее Солнца.
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.
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.
Квазары — Дистанционные огни
Если мы говорим о квазаре, то следует объяснить, что такое пульсар. Это быстро вращающаяся 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 для квазара 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
Первый найденный квазар 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
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 в квазарах
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.
Большую часть квазаров во Вселенной 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).
Типы квазаров
Квазары входят в класс «активных ядер галактик». Среди прочих можно также заметить сейфертовские галактики и блазары. Каждый из них нуждается в сверхмассивной черной дыре для подпитки.
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)
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
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.
Источник