Что такое квазар в космосе: Что такое квазары и как через них мы можем заглянуть в прошлое

Что такое квазары и как через них мы можем заглянуть в прошлое

Квазары — галактики, которые находятся на огромном расстоянии от Земли. Мы можем их видеть в состоянии, в котором они были на заре Вселенной. Рассказываем, почему эти космические объекты привлекли внимание ученых

Что такое квазары

Слово «квазар» происходит от соединения двух английских терминов: quasi-stellar («квазизвездный», «похожий на звезду») и radio source («радиоисточник»). Такое имя яркие космические объекты получили в конце 1950-х, когда астрономы впервые начали замечать их. Однако позже выяснилось, что квазары — не звезды, а молодые галактики, которые расположены на огромной дистанции от Солнечной системы. Квазары видны с Земли из-за своей необычайной яркости, которая может в тысячу раз превышать свечение Млечного пути. Обычный квазар в 27 трлн раз ярче Солнца. Если он внезапно появился бы на месте Плутона, то это превратило бы все океаны Земли в пар за пятую долю секунды.

Почему квазары такие яркие

Из-за того, что квазары находятся очень далеко, мы видим их такими, какими они были в ранние периоды формирования Вселенной. В начале января 2022 года был обнаружен самый старый из них. Получивший название J0313-1806, этот квазар находится в 13 млрд световых лет от Земли, а наблюдаем мы его в возрасте 670 млн лет с момента Большого взрыва. Для сравнения: по оценкам ученых, Вселенная существует около 14 млрд лет, а Солнечная система — около 4,5 млрд лет. По мнению современных ученых, яркость квазаров вызывается активными ядрами галактик (AЯГ). Астрофизики Анатолий Засов и Константин Постнов подчеркивают, что АЯГ, которые отличаются по признакам активности ядра и форме выделения энергии. Самые распространенные типы бывают такими:

  • быстрое движение газа со скоростями в тысячи километров в секунду;

  • излучение большой мощности в коротковолновых областях спектра, сконцентрированное в очень небольшой области размером менее светового года. Характерное время заметного изменения светимости составляет от нескольких лет до нескольких дней или даже часов;

  • выбросы струй газа и высокоэнергичных частиц из активных ядер;

  • высокая мощность радиоизлучения.

Черная дыра в самом центре

Теоретически в центре АЯГ находится сверхмассивная (массой в 100 тыс. — 100 млрд Солнц) черная дыра. Ее окружает так называемый аккреционный диск — нагретое на миллионы градусов пространство, которое возникает от постоянного трения частиц газа, пыли и других материалов, постоянно сталкивающихся друг с другом. Именно аккреционный диск формирует радиацию. Нагреваясь, он производит радиоволны, обычный свет, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение. Из-за этого квазары светят так ярко. Из-за того, что они находятся очень далеко от Земли, мы видим только описанный центр. Никакие другие части пока запечатлеть невозможно. Физик Энди Бриггс сравнивает эту ситуацию с проезжающей вдалеке ночью машиной: неясна марка, кузов и цвет автомобиля, а заметен только свет его фар.

Что такое черная дыра

Черная дыра — это область внутри космоса с настолько сильной гравитацией, что она засасывает все вокруг, включая свет. Это экстремальный способ воздействия на пространство — когда в одном месте собрали так много вещества или энергии, что пространство-время свернулись и образовали специфическую область. Можно говорить, что черная дыра — это объект, но с бытовой точки зрения объект — это нечто имеющее поверхность. Если идти по абсолютно темной комнате, можно наткнуться на стол, это будет объект с началом в конкретной точке. Если в абсолютно темной комнате или с завязанными глазами попасть в черную дыру, невозможно заметить ее границу, поскольку нет никакой твердой поверхности, человек сразу окажется внутри этой области.

Профессор РАН Сергей Попов сравнивает такой переход с государственными или областными границами. Если идти по лесу из одной страны в другую, то без указателей и карт невозможно заметить, в какой точке кончается одно государство и начинается другое. Лес в Финляндии ничем не отличается от леса в России, и нет никакой четкой границы, на которую можно наткнуться. И черная дыра — это такая область, где масса свернула пространство-время, и в итоге никакие предметы не могут ее покинуть, как только пересекут границу. Все, что туда попало, навсегда останется за горизонтом.

Сергей Попов о черных дырах

Все были квазарами

Астрофизики считают, что практически все крупные галактики прошли через «квазаровую фазу» вскоре после своего формирования. После того как материя, питающая аккреционный диск, закончилась, галактики «успокоились». Тем не менее черные дыры остались на своих местах. В Солнечной системе тоже есть такая. Она называется «Стрелец A*» и ежедневно производит большие объемы радиоактивного излучения разного типа. Открывшие это в начале 2022 года ученые назвали ее поведение «непредсказуемым и хаотичным».

Открытие квазаров и их настоящих свойств

Ученые заметили квазары относительно недавно, в конце 1950-х. Тогда астрофизики и дали им такие названия. Они были заметны только через радиотелескопы. Этот факт очень интересовал британско-австралийского астронома Джона Болтона. Он с коллегами пытался найти «оптические аналоги» квазаров, которые можно было бы заметить глазами, через оптический телескоп, а не только через фиксацию радиоволн. В 1963 году американские ученые Аллан Сэндидж и Томас Мэтьюс не могли найти причину интенсивности электромагнитного излучения одного из наблюдаемых ими квазаров. Загадку разгадал голландский астроном Мартин Шмидт. Он понял, что странность вызвана тем, что объект находится в 3 млрд световых лет от Солнечной системы. Он вспоминал: «Осознание пришло внезапно: моя жена до сих пор помнит, как я весь вечер то бегал, то начинал ходить медленно от радости». Последующие десятилетия с улучшением технологий астрономы продолжали наблюдение и изучение квазаров. В 2015 году группа международных ученых обнаружила древнейший квазар во Вселенной — J1342+0928. В 2021 году его природу и ряд свойств подтвердили после нескольких лет исследований. Он существовал, когда Вселенной было всего 780 млн лет. Один из ученых, Эдуард Баньядос, подчеркивал: «Если бы Вселенная была 50-летним человеком, то излучение, которое дошло до нас от J1342+0928, можно было бы сравнить с фотографией этого человека, сделанной, когда ему было всего два с половиной года».

Заглянуть в прошлое

25 декабря 2021 года с космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала ракета-носитель Ariane 5 с орбитальным телескопом «Джеймс Уэбб» на борту. Это крупнейший и самый мощный телескоп, который человечество когда-либо запускало в космос. Аппарат создали NASA, Европейское космическое агентство ESA и Канадское космическое агентство (CSA). С его помощью ученые будут исследовать фазы развития космоса — как Солнечной системы, так и других галактик. 2 февраля он прислал первые фотографии звезды, а 13 февраля — селфи. Вскоре «Джеймс Уэбб» обратится к квазарам. Он сфокусируется на 6 самых ярких. Так объясняет его работу участник миссии, испанский астрофизик Сантьяго Аррибас: «Все квазары, которые мы будем исследовать, появились очень рано, когда Вселенной было не больше 800 млн лет, что составляет менее 6% от ее нынешнего возраста. Наблюдения позволят нам изучить эволюцию галактик и создание сверхмассивных черных дыр в эти крайне ранние периоды».

Что такое квазары?

Квазары входят в число ярчайших объектов во Вселенной.

Один квазар излучает больше энергии, чем целая галактика. На протяжении многих лет астрономы выдвигали самые разные гипотезы о таинственной природе квазаров, но теперь мы знаем, что они расположены в ядрах некоторых галактик. Источниками энергии квазаров служат огромные черные дыры, масса которых в миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Подобно космическим пылесосам, эти гравитационные чудовища затягивают окружающее вещество, излучая в результате этого процесса невероятное количество энергии.

Квазары

На фотографии. Снимок квазара, расположенного на расстоянии 1,4 млрд. световых лет от Земли, полученный на Космическом телескопе Хаббла.

Квазар, или как их еще называют QSOs, с английского переводится как «радиоисточник, похожий на звезду». Квазары – самые яркие и самые смертоносные объекты в космосе. По происхождению это центры галактик, которые не подходят под их стандартное определение.

Также некоторые ученые причисляют квазары к черным дырам. Это самые мощные пылесосы, существующие во Вселенной – они неизбежно всасывают все, что к ним приближается, разгоняя и разогревая это до немыслимых скоростей и температур. Вся эта карусель разлетается по полюсам и подсвечивается невероятно ярким светом, самым ярким, который когда-либо видела Вселенная. Также небезосновательна теория о том, что квазары – это зарождающиеся галактики, и мы можем наблюдать за их развитием.

Исходя из опять же предположений, квазары – это звезды, а точнее сверхзвезды, в огромных количествах сжигающие водород, который находится в их составе. Вследствие этому такой объект должен иметь массу равную миллиарду масс нашего Солнца.

Однако, согласно законам физики, данная теория не имеет права на существование, потому что небесное светило, имеющее массу больше ста Солнц, быстро распадется из-за ее неустойчивости. Поэтому, источник колоссальной энергии квазаров все еще остается неизвестным.

Яркость

Как вы уже знаете, квазары – самые яркие объекты во Вселенной. Но вам же нужны примеры для сравнения, ведь так? Окей, представьте себе свечение всех звезд Млечного пути, собранных вместе. Представили? А теперь умножьте все это, скажем, на 300, и получите примерную яркость одного квазара.

Еще немного для сравнения: первая настоящая фотография сверхмассивной черной дыры показывает нам объект, находящийся всего в 53 миллионах световых лет от Земли. Чтобы получить эту «фотографию» у ученых со всей планеты ушло два года. Ведь она буквально собиралась по кусочкам из огромного количества данных, собранных восемью мощнейшими телескопами. Даже несмотря на то, что это сверхмассивный объект (больше, чем солнечная орбита Плутона), разглядеть его тень за 53 миллиона световых лет невероятно сложно. Для этого бы понадобился телескоп размером с Землю.

Так вот о чем это я – квазар, находящийся на расстоянии в несколько миллиардов световых лет от нас, можно увидеть в обычный телескоп, купленный вами на авито. Ну, если повезет.

Все же знают, что такое сверхновая? Ее взрыв считается мощнейшим выбросом энергии во Вселенной до тех пор, пока в игру не вступает квазар со словами: «подержи-ка мое пиво». Всего за каких-то полчаса он выбрасывает большее количество энергии, чем при взрыве сверхновой. Да-да, я знаю, что во втором случае на это не нужно полчаса, но сам факт для сравнения очень даже подходил.

Неважно, сколько единиц с девятью ноликами звезд может находится в галактике, яркость свечения квазара все равно будет превосходить их все вместе взятые в сотни, а то и тысячи раз.

Какого же размера должен быть такой объект? Диаметр квазара вполне может быть сопоставим с Солнечной системой. А их возраст исчисляется не одним миллиардом лет.

Расстояния до квазаров

Расстояние до квазаров, как и других объектов далекого космоса, рассчитывается с помощью эффекта Доплера. Квазары имеют красное смещение, вот прям очень красное. Если коротко, то на спектрограмме в красную сторону смещаются объекты, которые удаляются от нас, а в фиолетовую – которые приближаются. То есть квазары движутся от нас (скорее всего не без помощи расширения Вселенной) и делают это с огромной скоростью в 200 тысяч км в секунду. Напомню, что скорость света равна 300 000 км/c. Даже галактики удаляются от нас примерно на несколько десятков тысяч км/c, но никак не несколько сотен.

Расстояния до квазаров

Некоторые ученые говорят, что мы преувеличиваем количество энергии, выделяемой квазарами, и расстояние до них. И в этом тоже может быть доля правды, потому что мы попросту не можем более точно изучить на столько далекие объекты, хотя увидеть их можно и в обычный телескоп.

Переменность

Переменность – вот главная тайна квазаров. Они переменчивей многих знакомых вам женщин. Что же в них меняется? – Яркость. Период смены уровня свечения может исчисляться несколькими днями или годами. А самый неустойчивый квазар, зафиксированный учеными, менял свой блеск 25 раз в течение одного часа.

На самом деле, большая часть описанного выше, лишь домыслы и предположения, так как более конкретных данных о квазарах мы пока получить не можем. Однако, строить теории всегда весело. Тем более, если они могут помочь нам узнать больше об устройстве и эволюции Вселенной.

квазар | астрономия | Британика

шесть галактик-хозяев квазаров

Просмотреть все СМИ

Ключевые люди:
Аллан Сэндидж
Маргарет Бербидж
Мартен Шмидт
Халтон Кристиан Арп
Похожие темы:
вселенная
3С 48
3С 273
ОКС 169

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

квазар , астрономический объект очень высокой светимости, обнаруженный в центрах некоторых галактик и приводимый в действие газом, который с большой скоростью скручивается в чрезвычайно большую черную дыру. Самые яркие квазары могут затмить все звезды в галактиках, в которых они находятся, что делает их видимыми даже на расстоянии в миллиарды световых лет. Квазары являются одними из самых далеких и ярких известных объектов.

Термин квазар происходит от того, как эти объекты были первоначально обнаружены в самых ранних радиообзорах неба в 1950-х годах. Вдали от плоскости галактики Млечный Путь большинство радиоисточников были отождествлены с нормально выглядящими галактиками. Некоторые радиоисточники, однако, совпали с объектами, которые оказались необычно голубыми звездами, хотя фотографии некоторых из этих объектов показали, что они окружены слабым размытым ореолом. Из-за своего почти звездообразного вида их окрестили «квазизвездными радиоисточниками».64 было сокращено до «квазар».

Оптические спектры квазаров представили новую загадку. Фотографии их спектров показали расположение линий излучения на длинах волн, которые не согласовывались со всеми небесными источниками, которые тогда были известны астрономам. Эта загадка была решена голландско-американским астрономом Маартеном Шмидтом, который в 1963 году обнаружил, что рисунок эмиссионных линий в 3C 273, самом ярком из известных квазаров, может быть понят как исходящий от атомов водорода, которые имели красное смещение (т. е. имели свои эмиссионные линии смещается в сторону более длинных и красных длин волн при расширении Вселенной) 0,158. Другими словами, длина волны каждой линии была в 1,158 раза больше, чем длина волны, измеренная в лаборатории, где источник покоится по отношению к наблюдателю. При красном смещении такой величины 3C 273 по закону Хаббла помещается на расстояние чуть более двух миллиардов световых лет. Это было большое, хотя и не беспрецедентное расстояние (яркие скопления галактик были идентифицированы на аналогичных расстояниях), но 3C 273 примерно в 100 раз ярче, чем самые яркие отдельные галактики в этих скоплениях, и до сих пор ничего такого яркого не наблюдалось. прочь.

Еще большим сюрпризом стало то, что продолжающиеся наблюдения за квазарами показали, что их яркость может значительно изменяться в течение всего лишь нескольких дней, а это означает, что общий размер квазара не может превышать нескольких световых дней в поперечнике. Поскольку квазар такой компактный и яркий, радиационное давление внутри квазара должно быть огромным; действительно, единственный способ, которым квазар может не взорваться собственным излучением, — это если он очень массивен, по крайней мере, в миллион масс Солнца, если он не должен превышать предел Эддингтона — минимальную массу, при которой внешнее радиационное давление равно уравновешивается внутренним притяжением гравитации (названо в честь английского астронома Артура Эддингтона). Астрономы столкнулись с загадкой: как мог объект размером с Солнечную систему иметь массу около миллиона звезд и в 100 раз затмевать галактику из ста миллиардов звезд?

Викторина «Британника»

Космическая одиссея

«Далеко». «Космический». «Не от мира сего». Возможно, вы слышали сленг, но много ли вы знаете о космосе… кадет? Запустите эту викторину и начните свое путешествие по планетам и вселенной.

Правильный ответ — гравитационная аккреция на сверхмассивные черные дыры — был предложен вскоре после открытия Шмидта независимо друг от друга русскими астрономами Яковом Зельдовичем и Игорем Новиковым и австрийско-американским астрономом Эдвином Салпитером. Сочетание высокой светимости и малых размеров было настолько неприятно для некоторых астрономов, что были выдвинуты альтернативные объяснения, не требующие, чтобы квазары находились на больших расстояниях, подразумеваемых их красными смещениями. Эти альтернативные интерпретации были дискредитированы, хотя осталось несколько сторонников. Для большинства астрономов полемика о красном смещении была окончательно разрешена в начале 19 века.80-х годов, когда американский астроном Тодд Боросон и канадско-американский астроном Джон Беверли Оук показали, что нечеткие ореолы, окружающие некоторые квазары, на самом деле являются звездным светом из галактики, в которой находится квазар, и что эти галактики имеют большое красное смещение.

К 1965 году было признано, что квазары являются частью гораздо большей популяции необычно голубых источников и что большинство из них являются гораздо более слабыми радиоисточниками, слишком слабыми, чтобы их можно было обнаружить в первых радиообзорах. Эта большая популяция, обладающая всеми свойствами квазара, за исключением чрезвычайной радиосветимости, стала известна как «квазизвездные объекты» или просто QSO. С начала 19В 80-х годах большинство астрономов рассматривали QSO как разновидность высокой светимости еще большей популяции «активных галактических ядер» или AGN. (АЯГ с более низкой светимостью известны как «сейфертовские галактики» в честь американского астронома Карла К. Сейферта, впервые идентифицировавшего их в 1943 году.)

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подписаться сейчас

EarthSky | Что такое квазар?

Представление художника о квазаре J0313-1806, самом далеком известном квазаре. Квазары — это очень яркие объекты в ранней Вселенной, которые, как считается, питались сверхмассивными черными дырами. На этой иллюстрации показан широкий аккреционный диск вокруг черной дыры и изображен чрезвычайно высокоскоростной ветер, дующий со скоростью около 20% скорости света, обнаруженный вблизи JO313-1806. Просмотрите аннотированную версию этого изображения. Изображение предоставлено NOIRLab/NSF/AURA/ J. da Silva/ Keck Observatory.

Что такое квазар?

Слово квазар означает квазизвездный радиоисточник . Квазары получили такое название, потому что они выглядели как звезды, когда астрономы впервые начали замечать их в конце 1950-х и начале 60-х годов. Но квазары — это не звезды. Ученые теперь знают, что это молодые галактики, расположенные на огромных расстояниях от нас, и их число увеличивается к краю видимой Вселенной. Как они могут быть так далеко и все же видны? Ответ заключается в том, что квазары чрезвычайно яркие, в 1000 раз ярче нашей галактики Млечный Путь. Поэтому мы знаем, что они очень активен , излучающий ошеломляющее количество излучения во всем электромагнитном спектре.

Поскольку они находятся далеко, мы видим эти объекты такими, какими они были, когда наша Вселенная была молода. На данный момент самым старым квазаром является J0313-1806. Расстояние до нее составляет примерно 13,03 миллиарда световых лет, и поэтому мы видим ее такой, какой она была всего через 670 миллионов лет после Большого взрыва.

Что происходило в нашей Вселенной в то время, что сделало квазары такими поразительно яркими?

Вот 100 квазаров, идентифицированных по данным Hyper Suprime-Cam, установленного на телескопе Subaru. Верхние 7 строк представляют 83 новых открытия. Нижние 2 строки представляют 17 ранее известных квазаров в области обзора. Изображение через NAOJ.

Квазары как центры галактик

В настоящее время астрономы считают, что квазары являются чрезвычайно яркими центрами галактик в их младенчестве. После десятилетий интенсивных исследований у нас появился другой термин для этих объектов: квазар — это тип активного галактического ядра , или AGN. На самом деле существует много различных типов AGN, каждый из которых может рассказать свою историю. Теоретически интенсивное излучение, испускаемое АЯГ, питает сверхмассивную черную дыру в ее центре. Излучение исходит от материала в аккреционном диске, окружающем черную дыру, когда он перегревается до миллионов градусов из-за интенсивного трения, создаваемого частицами пыли, газа и другого вещества в диске, бесчисленное количество раз сталкивающимися друг с другом.

Внутренняя спираль материи в аккреционном диске сверхмассивной черной дыры, то есть в центре квазара, является результатом столкновения и отскока частиц друг от друга и потери импульса. Этот материал был получен из огромных газовых облаков, состоящих в основном из молекулярного водорода, которые заполнили Вселенную вскоре после Большого взрыва.

Таким образом, квазары, расположенные в ранней Вселенной, имели огромный запас материи для питания.

Когда вещество в аккреционном диске квазара/черной дыры нагревается, оно генерирует радиоволны, рентгеновское, ультрафиолетовое и видимое излучение. Квазар становится настолько ярким, что способен затмить целые галактики. Но помните… квазары очень далеко. Они так далеко от нас, что мы наблюдаем только активное ядро ​​или ядро ​​галактики, в которой они находятся. Мы ничего не видим в галактике, кроме ее яркого центра. Это все равно, что увидеть дальнюю фару автомобиля ночью: вы понятия не имеете, на какой тип автомобиля вы смотрите, поскольку все, кроме фары, находится в темноте.

Сейфертовские галактики

С другой стороны, есть галактики, которые не классифицируются как квазары, но которые все еще имеют яркие активные центры, где мы можем видеть остальную часть галактики. Примером этого типа АЯГ является сейфертовская галактика, названная в честь покойного астронома Карла Кинана Сейферта, который первым их идентифицировал.

NGC 1068 (Messier 77) была одной из первых классифицированных сейфертовских галактик. Это самая яркая и одна из самых близких и наиболее изученных сейфертовских галактик типа 2, и она является прототипом этого класса. Это изображение 2013 года получено космическим телескопом Хаббл.

Сейфертовские галактики составляют примерно 10% всех галактик во Вселенной. Они не классифицируются как квазары, потому что они намного моложе и имеют четко определенную структуру. Галактики, содержащие квазары, молоды и бесформенны.

Но только представьте, какое количество энергии требуется для освещения объекта настолько, чтобы он стал видимым в радиоволнах из самых дальних уголков Вселенной. Это похоже на то, как моряк может увидеть отдаленный маяк через весь океан. Квазары могут излучать в тысячу раз больше энергии, чем суммарная светимость примерно 200 миллиардов звезд в нашей собственной галактике Млечный Путь. Типичный квазар имеет размер 27 триллионов в раз ярче нашего Солнца! Замените солнце в небе квазаром, и его невероятная яркость мгновенно ослепит вас, если вы достаточно безрассудны, чтобы посмотреть на него прямо. Если бы вы поместили квазар на расстоянии от Плутона, он испарил бы все земные океаны в пар за одну пятую секунды.

Галактическая эволюция

Астрономы считают, что большинство, если не все, крупные галактики прошли так называемую «квазарную фазу» в своей молодости, вскоре после своего образования. Если это так, то их яркость уменьшилась, когда у них закончилось вещество, чтобы питать аккреционный диск, окружающий их сверхмассивные черные дыры. После этой эпохи галактики погрузились в состояние покоя, их центральные черные дыры лишились материала, которым можно было бы питаться. Однако было замечено, что черная дыра в центре нашей собственной галактики ненадолго вспыхивает, когда проходящий материал попадает в нее, испуская радиоволны и рентгеновские лучи. Вполне возможно, что черная дыра может разорвать на части целые звезды и поглотить их, когда они пересекают ее горизонт событий, точку невозврата.

Имейте в виду, однако, что наши знания об эволюции галактики — от молодого квазара до покоящейся галактики среднего возраста — далеко не полны. Галактики часто дают нам исключения, и в качестве примера нам не нужно смотреть дальше нашего Млечного Пути. Теперь мы знаем, например, что 3,5 миллиона лет назад в центре нашей галактики произошел гигантский взрыв, известный как сейфертовская вспышка.

Очевидно, он был сосредоточен в Стрельце A*, сверхмассивной черной дыре Млечного Пути, производящей две огромные доли перегретой плазмы, простирающиеся примерно на 25 000 световых лет от северного и южного галактических полюсов. Ученые называют эти огромные доли пузырьками Ферми, и сегодня они видны в гамма- и рентгеновском диапазонах (очень высокочастотное электромагнитное излучение).

Итак, астрономы все еще изучают особенности эволюции галактик.

Увеличить. | Художественная концепция ошеломляющих пузырей Ферми, обнаруженных в 2010 году. Эти огромные доли простираются выше и ниже плоскости нашей галактики Млечный Путь. Они светятся в гамма- и рентгеновских лучах и поэтому невидимы для человеческого глаза. На графике показано, как космический телескоп Хаббла использовался для исследования света от далекого квазара для анализа пузырей Ферми. Свет квазара проходил через один из таких пузырей. На этом свете отпечатана информация о скорости истечения, составе и, в конечном счете, массе. Таким образом, квазары не только загадочны, но и могут быть полезны! Изображение через HubbleSite.

История открытия квазаров

Действительно, история квазаров не была легкой для астрономов. Первые открытия в конце 1950-х годов были сделаны астрономами с помощью радиотелескопов. Они видели звездообразные объекты, излучающие радиоволны (отсюда квазизвездных радиообъектов), но не видимые в оптические телескопы. Их сходство со звездами, их яркость и небольшой угловой диаметр по понятным причинам заставили астрономов того времени предположить, что они смотрели на объекты в нашей собственной галактике. Однако изучение радиоспектров этих объектов показало, что они более загадочны, чем кто-либо ожидал.

Многие ранние наблюдения квазаров, в том числе 3C48 и 3C273, первых двух открытых квазаров, были проведены в начале 1960-х годов британско-австралийским астрономом Джоном Болтоном. Его и его коллег озадачило, что квазары не видны в оптические телескопы. Они хотели найти так называемые «оптические аналоги» квазаров, то есть квазар, который был бы виден их глазам в телескоп, а не только с помощью радиоинструментов.

В то время астрономы просто не знали, что квазары были очень далекими, слишком далекими для того, чтобы их оптические аналоги были видны с Земли в то время, несмотря на то, что они по своей природе были блестящими объектами. Но потом, в 1963 года астрономы Аллан Сэндидж и Томас А. Мэтьюз нашли то, что искали: тусклую голубую звезду на месте известного квазара. Его спектр озадачил их. Это было похоже на то, чего они никогда раньше не видели. Они не могли понять ни головы, ни хвоста.

Затем, используя 200-дюймовый (5-метровый) телескоп Хейла, Болтон и его команда наблюдали за квазаром 3C273, когда он проходил позади Луны. Эти наблюдения также позволили им получить спектры. И снова спектры выглядели странно, показывая неузнаваемые эмиссионные линии. Эти линии сообщают астрономам, какие химические элементы присутствуют в изучаемом ими объекте. Но спектральные линии квазара были бессмысленными, казалось, что они указывают на элементы, которых не должно быть.

Спектр водорода квазара 3C273. Линии излучения падают дальше вправо, в сторону более длинных волн, по сравнению с тем, где в спектре обычно располагаются линии излучения водорода. Они смещены в красную сторону, что указывает на то, что квазар находится на крайнем расстоянии от нас. Изображение предоставлено Университетом Альберты.

Астроном Маартен Шмидт, изучив странные эмиссионные линии в спектрах квазаров, предположил, что астрономы видели нормальных эмиссионных линий, сильно сдвинутых в сторону красного конца электромагнитного спектра!

Итак, они получили ответ. Красное смещение было связано с большим расстоянием до квазара. Свет, растянутый расширением Вселенной во время своего долгого пути к нам от края видимого космоса, кажется гораздо краснее.

Как далеко они?

Но если бы квазары действительно находились так далеко, как на краю видимой Вселенной, как они могли генерировать такое огромное количество энергии? Еще в 1964 году даже существование черных дыр вызывало горячие споры. Многие ученые считали их не более чем математическими уродами, потому что в реальной вселенной они точно не могли существовать.

Таким образом, споры о природе квазаров бушевали до 1970-х годов, когда новое поколение наземных и космических телескопов установило вне разумных сомнений, что квазары действительно находятся на огромных расстояниях, что мы видим галактики, когда они были молодыми, что стадия квазара является естественной фазой их роста. Теперь, когда к черным дырам тоже стали относиться серьезно, астрономы наконец-то смогли смоделировать сущность почти непостижимой электростанции, стоящей за квазарами: сверхмассивные черные дыры, потребляющие колоссальное количество газа и в результате излучающие огромное количество энергии по всему спектру.

Эта модель объясняет, почему квазары располагаются ближе к краю видимой Вселенной и почему мы не видим их ближе: потому что квазары — молодые галактики, наблюдаемые вскоре после их образования в ранней Вселенной.

Квазар: до сих пор загадка

Изучение квазаров и вообще активных галактических ядер продвинулось далеко, но мы еще многого не понимаем. Однако я считаю, что часть нашего непонимания связана с недостатком воображения. Практически невозможно понять количество энергии, генерируемой двигателями черных дыр в сердцах квазаров, этих монстров в темноте. Столь же трудно оценить, насколько они далеки от нас. Но вряд ли это наша вина: наш бедный обезьяний мозг просто не приспособлен для работы с такими понятиями.

Квазары — всего лишь один пример животного в космическом зоопарке, о котором нужно просто принять факты, а не пытаться их понять.

Художественная концепция квазара Пониуаэна, первого квазара, получившего коренное гавайское имя. Изображение предоставлено Международной обсерваторией Близнецов/NOIRLab/NSF/AURA/P.