От нашего дома находится самый мощный и смертоносный объект во всей нашей Вселенной. Квазар - это ослепительный луч энергии, протяженность которого составляет несколько миллиардов километров. Ученые не могут до конца изучить этот объект.
Что такое квазар
Сегодня астрономы всего мира пытаются изучить квазары, их происхождение и принцип действия. Многочисленные исследования доказывают, что квазар - это огромный, бесконечно движущийся котел смертоносного газа. Мощнейший источник энергии объекта находится внутри, в самом сердце квазара. Это огромная черная дыра. Квазар весит столько же, сколько весят миллиарды солнц.
Квазар поглощает все, что попадается на его пути. разбивает целые звезды и галактики, засасывая их внутрь себя до тех пор, пока они полностью не сотрутся и не растворятся в ней. На сегодняшний день квазар - это самое худшее, что только может быть во Вселенной.
Объекты далекого космоса
Квазары - самые отдаленные и яркие объекты в изученной человечеством Вселенной. В 60-е года прошлого века ученые считали их радио-звездами, ведь они были обнаружены при помощи сильнейшего источника радиоволн. Термин «квазар» произошел от словосочетания «квазизвездный радиоисточник». Также можно встретить название QSOs в многочисленных трудах ученых о космосе. Поле того как мощность оптических радиотелескопов стала намного больше, астрономы обнаружили, что квазар - это не звезда, а неизвестный науке звездообразный объект.
Предполагается, что радиоизлучение исходит не из самого квазара, а от лучей, которыми он окружен. Квазары до сих пор являются одними из самых загадочных объектов, которые расположены далеко за пределами Галактики. На сегодняшний день мало кто может рассказать про квазары. Что это такое и как устроены эти смогут ответить только самые опытные астрономы и ученые. Единственное, что точно доказано, что квазары выделяют огромнейшее количество энергии. Она равна той, что выделяют 3 млн солнц! Некоторые квазары выделяют в 100 раз больше энергии, чем все вместе взятые звезды нашей Галактики. Интересно, что все вышеперечисленное квазар производит на участке, приблизительно равному Солнечной системе.
Излучение и величина квазаров
Следы предшествующих галактик были обнаружены вокруг квазаров. Их распознавали как объекты с красным смещением, которые имеют электромагнитное излучение вместе с радиоволнами и невидимым светом, и имеющие очень маленькие угловые размеры. Эти факторы до открытия квазаров не давали возможности отличить их звезд - точечных источников. Наоборот, протяженные источники скорее соответствуют форме галактик. Для сравнения: коэффициент средней величины самого яркого квазара составляет 12,6, а самой яркой звезды - 1,45.
Где находятся загадочные небесные объекты
Черные дыры, пульсары и квазары находятся достаточно далеко от нас. Они являются самыми отдаленными небесными телами во Вселенной. Квазары имеют самое большое инфракрасное излучение. По астрономы имеют возможность определять скорость движения различных объектов, расстояние между ними и до них от Земли.
Если излучение квазара краснеет, значит, он движется по направлению от Земли. Чем больше покраснение - тем дальше от нас квазар и его скорость возрастает. Все виды квазаров движутся на очень высоких скоростях, которые, в свою очередь, бесконечно меняются. Доказано, что скорость движения квазаров доходит до отметки 240 тыс. км/сек., а это почти 80%
Мы не увидим современные квазары
Так как это самые отдаленные от нас объекты, то сегодня мы наблюдаем их движения, происходившие миллиарды лет назад. Поскольку свет только успел добраться до нашей Земли. Скорее всего, самыми отдаленными, а поэтому и самыми древними являются именно квазары. Космос позволяет нам увидеть их такими, какими они только появились около 10 млрд лет назад. Можно предположить, что некоторые из них сегодня уже перестали существовать.
Что представляют собой квазары
Хоть это явление изучено и недостаточно, но, по предварительным данным, квазар - это огромная черная дыра. Ее материя ускоряет свое движение, когда воронка дыры затягивает материю, что приводит к нагреванию этих частиц, их трению друг о друга и бесконечному движению общей массы материи. Скорость молекул квазара становится с каждой секундной все больше, а температура все выше. Сильнейшее трение частиц обусловливает выделение огромного количества света и других например таких, как рентген. Ежегодно черные дыры могут поглощать массу, равную одному нашему Солнцу. Как только затянутая в смертельную воронку масса поглотится, выделенная энергия разольется излучениями в две стороны: вдоль южного и северного полюсов квазара. Астрономы называют это необычное явление «космический самолет».
Последние наблюдения астрономов показывают, что в основном эти небесные объекты находятся в центре эллиптических галактик. По одной из теорий происхождения квазаров, они представляют собой молодую галактику, в которой массивнейшая черная дыра поглощает окружающее ее вещество. Основоположники теории говорят о том, что источником излучения выступает аккреционный диск этой дыры. Он находится в центре галактики, а из этого следует, что красное спектральное смещение квазаров больше космологического ровно на величину гравитационного смещения. Это ранее предсказывал Эйнштейн в своей общей теории относительности.
Квазары часто сравнивают с маяками Вселенной. Их видно с самых дальних расстояний, благодаря им изучают ее эволюцию и структуру. С помощью «небесного маяка» изучают распределение любого вещества на луче зрения. А именно: самые сильные спектральные линии поглощения водорода трансформируются в линии по красному смещению поглощения.
Версии ученых о квазарах
Существует и другая схема. Квазар, по мнению некоторых ученых, - это формирующаяся молодая галактика. Эволюция галактик мало изучена, так как человечество намного моложе, чем они. Возможно, квазары - это раннее состояние образования галактик. Можно предположить, что выброс их энергии происходит из самых молодых ядер активных новых галактик.
Другие астрономы и вовсе считают квазары точками пространства, в которых новая материя Вселенной берет свое начало. Их гипотеза доказывает полную противоположность черной дыре. Человечеству понадобится немало времени, чтобы изучить стигматы квазаров.
Известные квазары
Первый из обнаруженных квазаров был открыт Мэтьюзом и Сендиджем в 1960 году. Он располагался в созвездии Девы. Скорее всего, он связан с 16-ю звездами этого созвездия. По истечении трех лет Мэтьюз заметил, что этот объект имеет огромное красное спектральное смещение. Единственным доказывающим фактором, что это не звезда, стало его выделение большого количества энергии на относительно небольшом участке пространства.
Наблюдения человечества
История квазаров началась с изучения и измерения по специальной программе видимых угловых размеров радиоактивных источников.
В 1963 году квазаров уже насчитывали около 5. В этом же году голландские астрономы доказали спектральное смещение линий к красному спектру. Они доказали, что это происходит из-за космологического смещения в результате их удаления, поэтому расстояние можно было высчитывать по закону Хаббла. Практически сразу еще два ученых Ю. Ефремов и открыли переменность блеска обнаруженных квазаров. Благодаря фотометрическим снимкам, они установили, что переменность имеет периодичность всего в несколько дней.
Один из ближайших к нам квазаров (3С 273) имеет красное смещение и блеск, соответствующий расстоянию приблизительно в 3 млдр. световых лет. Самые отдаленные небесные объекты в сотни раз превосходят свечение обычных галактик. Их легко зарегистрировать при помощи современных радиотелескопов на расстоянии 12 млрд световых лет и более. Недавно был зарегистрирован новый квазар на расстоянии 13,5 млрд световых лет от Земли.
Сложно точно подсчитать, сколько квазаров обнаружено на сегодняшний день. Это происходит как из-за постоянных открытий новых объектов, так и из-за отсутствия четкой границы между активными галактиками и квазарами. В 1987 году был опубликован список зарегистрированных квазаров в размере 3594, в 2005 их было более 195 тыс., а сегодня их число перевалило за 200 тыс.
Изначально термин «квазар» обозначал некий класс объектов, которые в видимом (оптическом) диапазоне очень похожи на звезду. Но они имеют ряд отличий: сильнейшее радиоизлучение и малые угловые размеры (< 10 0).
Такое первоначальное представление об этих телах сложилось во времена их открытий. И оно верно и сейчас, но все же ученые распознали и радиоспокойные квазары. Они не создают такого сильного излучения. По состоянию на 2015 год, таких объектов зарегистрировано около 90% от всех известных.
Сегодня стигматы квазаров определяют по красному перемещению спектра. Если в космосе обнаружено тело, имеющее подобное смещение и выделяющее мощный поток энергии, то у него есть все шансы носить название «квазар».
Заключение
На сегодняшний день астрономы насчитывают около двух тысяч таких небесных тел. Главным инструментом для изучения квазаров является космический телескоп Хаббл. Так как технические прогрессы человечества не могут не радовать своими успехами, то можно предположить, что в будущем мы разгадаем загадку о том, что такое квазар и черная дыра. Возможно, они являются своеобразным «мусорным ящиком», который поглощает все ненужные объекты, а может, они и есть центры и энергия Вселенной.
|
КВАЗАРЫ
- квазизвездные (сокращенно - QSO, звездообразные) источники радиоизлучения. Около 1960г небольшое количество радиоисточников было очень надежно отождествлено со звездами, что было полной неожиданностью. Ведь до сих пор космические радиоисточники отождествлялись либо с галактиками, либо с туманностями (например, образовавшимися при вспышках сверхновых звезд). Ожидаемые потоки радиоизлучении даже от самых близких звезд должны быть крайне незначительны. А между тем отождествленные со звездами радиоисточники были довольно интенсивны. Вполне естественно, что астрономы-оптики сразу же заинтересовались этими звездами. М. Шмидт
получил и исследовал спектр такой довольно яркой звезды 13-й величины, отождествленной с интенсивным радиоисточником 3С 273. Таким образом первый квазар был открыт астрофизиком Маартен ШМИДТ
5 августа 1962 года в обсерватории Маунт - Паломар - звездообразный объект 3С 273 (созв. Девы, 12,5 m , на расстоянии 590 Мпк (1,92 млрд.св.лет), скорость удаления 47400 км/с, красное смещение z=0,16, масса в 10 8 солнечных), являющегося источником мощного радиоизлучения отождествленные с линиями бальмеровской серии в спектре Н и линией ионизированного магния сильно смещенные к красному концу спектра. Звездные координаты квазара ЗС 273 были определены путем наблюдения его покрытия Луной на обсерватории «Паркском» в Австралии. Светимость 3С 273 приблизительно в сто раз превышает светимость нашей Галактики, считающейся гигантской звездной системой. С объектами такой высокой светимости астрономы тогда еще не встречались. Следует заметить, что удивительные свойства объекта 3С 273 были открыты только благодаря тому, что он оказался радиоисточником. На небе имеется много тысяч звездочек 13-й величины, и среди них объект 3С 273, многократно попадавший в поле зрения оптических телескопов и долгие годы решительно ничем не привлекавший к себе внимания. |
|
.jpg) |
|
| На этом телескопе впервые были отождествлены радиоисточник 3С 273 и слабая звездочка с удивительно большим красным смещением. Размер основного зеркала телескопа "Паркском" - 64 м, общий вес - 300 т. | Купол 5-метрового телескопа "Паломар", находящегося на высоте 1706 м над уровнем моря. Главное зеркало весит 13 т и имеет фокусное расстояние 16,5 м. Изучение спектрального состава. Построен в 1947 году. |
 |
 |
| Фотография квазара PG 1012+008 (яркое пятно в центре), взаимодействующего с галактикой, пролетавшей по соседству. И если между ними всего 35 тыс. световых лет, то от Земли они удалены на 1,5 млрд. световых лет. Гравитационные силы переместили звезды с их прежних орбит, и теперь многие из них упадут в черную дыру в центре квазара | Квазар 3C273 |
 |
 |
| Серия последовательных радиоизображений квазара 3C 273 - кажущаяся скорость перемещения яркой области джета существенно превышает скорость света. Однако это обстоятельство не опровергает СТО Эйнштейна, поскольку реальная скорость движения яркой области меньше скорости света, а видимое сверхсветовое движение обусловлено направленностью джета в сторону Земли. | Часть заряженных частиц направляется магнитным полем к полюсам черной дыры и вылетает оттуда с огромной скоростью. Так образуются наблюдаемые учеными джеты, длина которых достигает 1 млн. световых лет. Частицы в джете сталкиваются с межзвездным газом, излучая радиоволны. |
 |
 |
| На оптическом изображении квазара 3С 273 хорошо виден джет, испускаемый черной дырой. | Сверхмассивная черная дыра втягивает в себя окружающее вещество (аккреция вещества) пролетающей звезды. Супермассивная "черная дыра" в галактике RX J1242-11 коснулась неосторожной звезды и проглотила её. Этот уникальный процесс наблюдали американский космический телескоп "Чандра" и европейский телескоп "Ньютон" в рентгеновском диапазоне. Зафиксированная катастрофа произошла на расстоянии 25 тысяч световых лет от Земли. |
 |
 |
| Изображение квазара HE 1013-2136 (в центре) и его соседей. Яркий дугообразный приливной хвост простирается к левому нижнему углу на расстояние более 150 000 световых лет. Второй, более короткий и слабый хвост виден в направлении правого верхнего угла. | Та же область, как и на предыдущем изображении, но обработанное на компьютере. Чётко видны два приливных хвоста, а также точечные структуры. В частности, видна очень близкая (20000 световых лет) галактика компаньон (в положении 5 часов), которая может находиться в гравитационном взаимодействии с родительской галактикой квазара. |
Нужно заметить, что вскоре после открытия квазаров были обнаружены такой же природы оптические объекты без признаков радиоизлучения. Они получили название "радиоспокойные" квазары. Оказалось, что таких квазаров во много десятков раз больше, чем радиоизлучающих.
Были обнаружены квазары, у которых период переменности составляет 200 сек, а в основном изменения в оптической и радиодиапазоне от нескольких дней до года. У некоторых обнаружено рентгеновское излучение. Впервые рентгеновское излучение от внегалактического объекта было обнаружено еще в 1971 г. на первом специализированном рентгеновском спутнике "Ухуру", заложившем основы современной рентгеновской астрономии. Этим объектом сказалась одна из ближайших радиогалактик NGC 4486. Другим метагалактическим рентгеновским источником оказалась яркая сейфертовская галактика NGC 4151. Не подлежит сомнению, что излучает активное ядро этой галактики. Вскоре был обнаружен слабый поток рентгеновского излучения и от первого открытого квазара 3С 273, а также от радиогалактики Лебедь-А. Новый этап в изучении внегалактических рентгеновских источников наступил в 1979 г., после запуска космической лаборатории имени Эйнштейна. На этой обсерватории чувствительность приемной рентгеновской аппаратуры была в 1000 раз выше, чем на "Ухуру", при очень хорошей угловой разрешающей способности. В результате оказалось возможным осуществить массовое определение рентгеновского излучения большого количества квазаров, а также сейфертовских галактик. Кроме того, был получен большой наблюдательный материал по рентгеновскому излучению скоплений галактик, представляющий особый интерес.
Всего было исследовано рентгеновское излучение более чем 100 квазаров и большого количества сейфертовских галактик и скоплений. Практически все квазары являются источниками рентгеновского излучения, мощность которого меняется в широких пределах, от сотых долей полного излучения нашей Галактики (10 44 эрг/с) до значений, в тысячу раз превосходящих полную мощность Галактики. Как правило, рентгеновское излучение квазаров переменно; это указывает (как в случае радиоизлучения), что оно возникает в малой области. Наличие мощного рентгеновского излучения квазаров и активных ядер галактик свидетельствует о происходящих там грандиозных процессах, связанных с нагревом газа до температуры порядка сотни миллионов градусов. По-видимому, часть рентгеновского излучения не связана с горячей плазмой, а создается релятивистскими электронами, взаимодействующими с полем излучения большой плотности (явление Комптона).
Радиоструктура квазаров во многом напоминает радиогалактики, так что обычно по одной лишь этой структуре отличить квазары невозможно. Так же, как и у радиогалактик, очень часто наблюдаются двойные радиоисточники, между которыми находится компактный, иногда переменный, радиоисточник, совпадающий по своим координатам со звездообразным оптическим объектом - квазаром. В очень редких случаях у самых близких квазаров около звездообразного объекта наблюдаются очень слабые протяженные образования. От квазара 3С 273 исходит слабая струя - выброс протяженностью около 20". На таком огромном расстоянии этим угловым размерам соответствует линейная протяженность около 100 тысяч световых лет. Эта струя, помимо оптического излучения, излучает также радиоволны, так что квазар 3С 273 можно рассматривать как двойной радиоисточник. В 1963г Э.Сэндидж
завершил работу по изучению движения газа в сравнительно близкой к нам галактике М82 и пришел к выводу, что характер этого движения указывает на то, что приблизительно 1,5 млрд. лет назад из ядра М 82 произошел выброс газовых масс, более чем в миллион раз превосходящих массу Солнца. Эти и другие подобные им факты и привели академика Амбарцумяна к мысли, что в состав галактических ядер входят сверхплотные тела из незвезднои материи. Следует заметить, что аналогичные выбросы наблюдаются также и у некоторых радиогалактик. Оптическое излучение квазаров имеет нетепловую природу и связано с очень мощным выделением энергии (до 10 41 Вт) в небольшом объеме пространства. Невероятно высокая светимость квазаров позволяет уверенно наблюдать их с расстояний в миллиарды св.лет.
Важным вопросом является принадлежность квазаров к скоплениям галактик. Долгое время нельзя было решить вопрос в положительном смысле. Это и понятно, ведь квазары (в оптическом диапазоне спектра видны как слабые объекты, похожие на голубоватые звездочки) излучают в сотни раз интенсивнее "нормальных" галактик, поэтому последние, находящиеся в том же скоплении, будут слишком слабы, чтобы изучаться спектроскопически. Ведь критерием принадлежности к одному скоплению является одинаковое красное смещение у галактик и квазаров. Только для немногих, сравнительно близких квазаров, удалось обнаружить скопления галактик, в которых они находятся.
В 1982 году австралийскими астрономами был открыт новый квазар, получивший название PKS 200-330, у которого обнаружилось рекордное для того времени красное смещение Z==3,78. Это означает, что спектральные линии отдаляющегося от нас астрономического объекта в результате эффекта Доплера имеют длину волны, в 3,78 раза превышающую значение неподвижного источника светоизлучения. Расстояние до этого квазара, видимого в оптический телескоп как звезда девятнадцатой величины, составляет 12,8 млрд световых лет.
Во второй половине 80-х годов было зафиксировано еще несколько наиболее отдаленных квазаров, величина красного смещения которых уже превышает 4,0. Таким образом, радиосигналы, посланные этими квазарами тогда, когда еще не была сформирована наша Галактика, в том числе Солнечная система, можно только сегодня зарегистрировать на земле. А преодолевают эти лучи огромное расстояние - более 13 млрд световых лет. Эти следующие друг за другом астрономические открытия были сделаны в ходе конкурентной научной гонки австралийских астрономов из обсерватории Сайдинг-Спринг и их американских коллег из обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии. Сегодня самый удаленный от нас объект - квазар PC 1158+4635 с красным смещением, равным 4,733. Расстояние до него составляет 13,2 млрд световых лет..
Но вот в той же обсерватории Маунт-Паломар посредством 5-метрового телескопа американские звездные исследователи во главе с отважным охотником за квазарами М. Шмидтом в сентябре 1991 года окончательно подтвердили слухи о существовании более далекого от нас астрономического объекта. Величина красного смещения рекордно далекого квазара под номером PC 1247+3406 составляет 4,897. Кажется, дальше уже некуда. Излучение этого квазара доходит до нашей планеты за время, почти равное возрасту Вселенной. Так что новый рекордсмен располагается, если можно так выразиться, на самом краю необъятного и бесконечного в своем расширении мироздания.
Сейчас известно тысячи квазаров и почти все они отстают от нас на миллиарды св.лет, т.е. имеют сильное красное смещение. Самый удаленный из известных 4С 41.17 с красным смещением z=0,91, удаленными на 13 млрд.св.лет. Максимальное красное смещение может быть равно 5, то есть это для объекта в момент, когда Вселенная была вдвое моложе, чем сегодня. Квазары имеют диаметр в 1 св.год и по светимости в100 раз превосходят светимость нормальных галактик. Их переменность в оптическом и радиодиапазоне составляет от нескольких дней до многих лет. Статистическая отчётность показывает, что относительное количество квазаров убывает по мере роста мощности их излучения. Важнейшим результатом таких статистических исследований является вывод о том, что на более ранних этапах эволюции Вселенной, когда ее размеры были в 3-5 раз меньше нынешних, квазаров было гораздо больше, чем сейчас. В ту отдаленную эпоху квазаров было почти столько же, сколько и "нормальных" галактик. Нельзя исключить гипотезу, что тогда все галактики были квазарами!
Обращает на себя внимание то обстоятельство, что количество квазаров, начиная со значения красного смещения, превосходящего некоторый предел (соответствующий увеличению длины волны в 4,5 - 5 раз), резко падает. Т.е. среди галактик, большинство которых наблюдается на расстоянии до 4 млрд.св.лет мало квазаров, большинство их удалено на расстояние до 14 млрд.св.лет, что указывает на то, что раньше активных ядер галактик было значительно больше (10млрд.св.лет назад в 1000 раз больше). Эпоха расцвета квазаров 3-7 млрд.св.лет после Большого Взрыва по предположению Г.Марк Войт
(Институт Космического телескопа им. Хаббла, США). Практически все звездообразные объекты звездной величины ниже 23 m это квазары.
На сегодняшний день наиболее распространена точка зрения, согласно которой квазар - это сверхмассивная черная дыра, втягивающая в себя окружающее вещество (аккреция вещества). По мере приближения к черной дыре заряженные частицы разгоняются, сталкиваются, и это приводит к сильному излучению света. Если черная дыра при этом имеет мощное магнитное поле, то оно дополнительно закручивает падающие частицы и собирает их в тонкие пучки, джеты, разлетающиеся от полюсов.
Под действием мощных гравитационных сил, создаваемых черной дырой, вещество устремляется к центру, но движется при этом не по радиусу, а по сужающимся окружностям - спиралям. При этом закон сохранения момента импульса заставляет вращающиеся частицы двигаться все быстрее по мере приближения к центру черной дыры, одновременно собирая их в аккреционный диск, так что вся «конструкция» квазара чем-то напоминает Сатурн с его кольцами. В аккреционном диске скорости частиц очень велики, и их столкновения порождают не только энергичные фотоны (рентгеновское излучение), но и другие длины волн электромагнитного излучения. При столкновениях энергия частиц и скорость кругового движения уменьшаются, они потихоньку приближаются к черной дыре и поглощаются ею. Другая часть заряженных частиц направляется магнитным полем к полюсам черной дыры и вылетает оттуда с огромной скоростью. Так образуются наблюдаемые учеными джеты, длина которых достигает 1 млн. световых лет. Частицы в джете сталкиваются с межзвездным газом, излучая радиоволны. В центре аккреционного диска температура относительно невысокая, она достигает 100 000 К. Эта область излучает рентгеновские лучи. Чуть дальше от центра температура еще немного ниже - примерно 50 000 К, там излучается ультрафиолет. С приближением же к границе аккреционного диска температура падает и в этой области происходит излучение электромагнитных волн все большей длины, вплоть до инфракрасного диапазона.
Ядра обычных галактик внутри которых находятся черная дыра с массой до 1 млрд. масс Солнца (обычно в 100 млн. масс Солнца и радиусом до 5а.е. в центре обычных галактик. Так для 3С273 черная дыра должна иметь размер Солнечной системы - 10 8 км, чтобы удержать массу 10 8 солнечной, для нашего Солнца черная дыра составляла бы размер порядка 6км). Так или иначе, но предположение о сверхмассивной черной дыре в центре галактики оказалось плодотворным и способным объяснить многие свойства квазаров.
Так, например, масса черной дыры, находящейся в центре типичной галактики, составляет 10 6 -10 10 солнечных масс и, следовательно, ее гравитационный радиус варьируется в пределах Зх10 6 -Зх10 10 км, что согласуется с предыдущей оценкой размеров квазаров.
Новейшие данные также подтверждают компактность тех областей, из которых исходит свечение. Например, 5-летние наблюдения позволили определить орбиты шести звезд, вращающихся около похожего центра излучения, находящегося в нашей галактике. Одна из них недавно пролетела от черной дыры на расстоянии, составляющем всего 8 световых часов, двигаясь со скоростью 9 000 км/с.
Как только вокруг черной дыры появляется материя в любой форме, черная дыра начинает излучать энергию, поглощая вещество. На начальной стадии, когда формировались первые галактики, вокруг черных дыр было много вещества, являющегося для них своеобразной «пищей», и черные дыры светились очень ярко - вот они, квазары! Кстати, энергии, которую средний квазар излучает за секунду, хватило бы для обеспечения Земли электричеством на миллиарды лет. А один рекордсмен с номером 550014+81 излучает свет в 60 тысяч раз интенсивнее всего на шего Млечного пути с его сотней миллиардов звезд!
Когда вещества в окрестности центра становится меньше, свечение ослабевает, но тем не менее ядро галактики продолжает оставаться самой яркой ее областью (это явление, называемое «Активное галактическое ядро», астрономам известно давно). Наконец, настает момент, когда черная дыра поглощает из окружающего пространства основную часть ве щества, после чего излучение почти прекращается и черная дыра становится тусклым объектом. Но она ждет своего часа! Как только в окрестностях появится новое вещество (например, при столкновении двух галактик), черная дыра засияет с новой силой, с жадностью поглощая звезды и частицы окружающего межзвездного газа. Так что, стать заметным квазару удается только за счет своего окружения. Современная техника уже позволяет различить вокруг далеких квазаров отдельные звездные структуры, являющиеся питательной средой для ненасытных черных дыр.
Впрочем, в наше время, когда столкновения галактик редки, квазары возникать не могут. И судя по всему, это действительно так - почти все наблюдаемые квазары находятся на очень существенном удалении, а значит, прилетающий от них свет был испущен очень давно, еще в те времена, когда рождались первые галактики.
Эта галерея портретов квазаров, полученных Космическим телескопом Хаббла, позволяет увидеть их ближайшие окрестности: сами квазары выглядят как яркие звездообразные объекты с дифракционными крестами. Изображения в центральной и правой колонках показывают квазары, связанные с разрушенными сталкивающимися и сливающимися галактиками, в которых должно быть достаточно вещества, чтобы подпитывать голодную черную дыру.
Термин образован сочетанием двух слов - quasistellar (похожий на звезду) и radiosource (радиоизлучение). Подразумевается, что квазар - это квазизвездный источник радиоизлучения.
Маяки Вселенной
С момента обнаружения первых квазаров прошло уже более полувека. Число известных объектов назвать сложно из-за отсутствия четких разграничений между квазарами и остальными типами галактик с активными ядрами. Если в конце ХХ века было известно около 4000 подобных объектов, то на сегодняшний день их количество приближается к 200 тыс. Кстати, первичное мнение, что все квазары являются мощным источником радиоизлучения, оказалось ошибочным, - лишь сотая часть всех объектов соответствует этому требованию.
Самый яркий и ближайший к Солнечной системе квазар (3С273, открыт одним из первых) находится на расстоянии 3 млрд световых лет. Излучение от наиболее удаленного (РС1247+3406) проходит путь к земному наблюдателю за 13,75 млрд лет, что приблизительно равно возрасту Вселенной, т. е. сейчас мы его видим таким, каким он был в момент Большого взрыва. Квазар - это самый удаленный наблюдаемый объект безграничного космического пространства.
Неправильное излучение
Ученых поставил в тупик первый же открытый квазар. Наблюдения и анализ спектра не имели ничего общего ни с одним из известных объектов настолько, что казались ошибочными и нераспознаваемыми. В 1963 году голландский астроном М. Шмидт (Паломарская обсерватория, США), предположил, что спектральные линии просто очень сильно смещены в длинноволновую (красную) сторону. Закон Хаббла позволил по величине красного смещения определить космологическое расстояние до объекта и скорость его удаления, что привело к еще большему удивлению. Удаленность квазара оказалась чудовищной, и при этом он выглядел в телескоп как обычная звезда +13m величины. Сопоставление расстояния со светимостью давало массу объекта в миллиарды масс Солнца, чего даже теоретически не может быть.
К интересным выводам приводит сравнение спектральных характеристик квазаров с данными галактик различных типов. Обнаруживается следующая структура плавного изменения свойств:
- Нормальные галактики (типы Е, SO -радиоизлучение во много раз слабее оптического)- самые близкие, с обычным спектром.
- Эллиптические (тип Е, с четкой спиралевидной формой и отсутствием бело-голубых звезд-гигантов и сверхгигантов).
- Радиогалактики (мощность радиоизлучения до 10 45 эрг/с).
- Голубые и компактные (удаленные, с большим красным смещением и высокой яркостью).
- Сейфертовские (с активным ядром).
- Лацертиды - мощные источники излучения в активных ядрах некоторых галактик, характеризующиеся высокой переменностью блеска.
Последние удалены на гораздо меньшее расстояние, чем квазары, и вместе с ними образуют класс блазаров. По предположениям ученых, блазары - активные ядра галактик, связанные со сверхмассивными черными дырами.
Пожиратели миров
Как такое может быть? Ведь черная дыра имеет такое сверхмощное гравитационное поле, что его не может покинуть даже свет. А квазар - это самый яркий объект, если учитывать расстояние до него.
Источником электромагнитного излучения выступают гравитационные силы черной дыры, находящейся в центре галактики. Они притягивают попавшие в поле звезды, и разрушают их. Из образовавшегося при этом газа вокруг черной дыры формируется аккреционный диск. Под действием гравитации он сжимается и приобретает высокую угловую скорость, что приводит к сильному разогреву и генерации излучения. Вещество из внутренних областей диска, не поглощенное черной дырой, идет на образование джетов - узконаправленных потоков элементарных частиц с высокой энергией, формирующихся под действием магнитного поля с противоположных полюсов ядра галактики. Длина джетов может лежать в диапазоне от нескольких до сотен тысяч световых лет и зависит от диаметра аккреционного диска объекта.
Точка зрения
Приведенная выше теория - наиболее популярная, объясняющая большую часть наблюдаемых свойств "смертоносных" астрономических тел. Менее распространена версия, что квазар - "зародыш" галактики, формирование которой происходит на наших глазах. Но все ученые единодушны во мнении, что эти объекты - явления оптического характера. Одно и то же тело может идентифицироваться как сейфертовская или радиогалактика, как лацертид или квазар. Значение имеет, под каким углом оно расположено к наблюдателю:
- Если взгляд наблюдателя совпадает с плоскостью аккреционного диска, экранирующего процессы в активном ядре, он видит радиогалактику (в этом случае большая часть излучения лежит в радиодиапазоне).
- Если - с направлением джетов, то блазар с жестким гамма-излучением.
Но, как правило, объект наблюдается под промежуточным углом, при котором принимается большая часть всего излучения.
Динамика свечения
Фундаментальное свойство квазаров - изменение светимости в течение коротких промежутков времени. Благодаря этому вычислили, что диаметр квазара не может быть более 4 млрд км (орбита Урана).
Ежесекундно квазар испускает в пространство в сто раз больше световой энергии, чем вся наша галактика (Млечный путь). Для поддержания такой колоссальной производительности черная дыра ежесекундно должна "проглатывать" планету не меньше Земли. При недостатке вещества интенсивность поглощения ослабевает, функционирование замедляется, блеск квазара ослабевает. После подхода и захвата новых "жертв" светимость приходит в норму.
Недружелюбные соседи
Зная опасные свойства этих мощных источников энергии, остается благодарить мироздание, что они обнаружены лишь на огромном удалении, а в нашей и в ближайших галактиках - отсутствуют. Но нет ли здесь противоречия с Теорией однородности Вселенной? При поисках ответа следует учитывать, что мы наблюдаем эти объекты такими, какими они были миллиарды лет назад. Интересно, а что такое квазар в наше время, сегодня? Астрономы активно обследуют близлежащие космические структуры в поисках бывших, израсходовавших свое "топливо", сверхмощных источников. Ждем результатов.
Известные объекты ученые используют в качестве космологического инструмента для изучения свойств и определения основных этапов эволюции Вселенной. Так, только открытие квазаров позволило сделать выводы об отличии от нуля энергии вакуума, сформулировать основные проблемы поиска темной материи, укрепить уверенность в важном месте черных дыр в формировании галактик и их дальнейшем существовании.
Противоречия. Время покажет
Существует довольно много суждений о том, как устроен и как функционирует квазар. Отзывы специалистов о различных теориях также представлены широким спектром: от ироничных до восторженных. Но есть объекты с рядом свойств, у которых нет возможных объяснений.
- Иногда у одного и того же квазара величина красного смещения отличается в 10 раз, следовательно, объект во столько же раз меняет скорость удаления. Чем не мистика?
- Если при наблюдении двух удаляющихся друг от друга квазаров оценивать расстояние до них по их красному смещению, то скорость, с которой они разбегаются, окажется выше скорости света!
Эти феноменальные результаты получаются, исходя из теории Большого взрыва, вследствии общей теории относительности. Что-то не так с теорией? В общем, квазар - это явление, которое еще ждет своих исследователей!
В 1960 году американские астрономы Алан Сендидж и Томас Мэтьюз обнаружили во время радиообзора неба необычный объект. Внимание ученых привлек тот факт, что красное смещение найденного радиоисточника оказалось удивительно высоким. В 1963 году было открыто уже пять подобных объектов. Это были источники радиоизлучения, угловые размеры которых составляли 1" или менее, в оптическом диапазоне напоминавшие , иногда окруженные диффузным ореолом или выбросами вещества. Позднее учеными было изучено более 200 подобных объектов, которые теперь называются квазарами
, или квазизвездными радиоисточниками. Кроме того, в 1965 году были найдены похожие оптические объекты, но не обладавшие сильным радиоизлучением. Их ученые назвали квазизвездными галактиками (квазагами), и вместе с квазарами отнесли к классу квазизвездных объектов.
Свойства квазаров
Квазары, подобно активным ядрам галактик, являются источниками мощного излучения в инфракрасной и рентгеновской областях спектра. Излучение это настолько сильное, что иногда превышает суммарную мощность всех звезд нашей Галактики. В спектрах квазаров имеются эмиссионные линии, характерные для диффузных туманностей, а иногда и резонансные линии поглощения. На начальном этапе отождествление этих линий чрезвычайно затруднялось необычайно высоким красным смещением: линии, которые обычно располагаются в ультрафиолетовой области спектра, в ряде случаев оказывались в видимой области. В 1963 году голландский астроном Мартин Шмидт доказал, что смещение линий в спектрах квазаров в красную сторону связано с чрезвычайной удаленностью самих квазаров. Согласно расстояниям, найденным по этим красным смещениям, квазары – это самые далекие из известных науке объектов. Благодаря этому свойству, ученые называют квазары маяками Вселенной. Их можно увидеть с огромных расстояний (более 12 миллиардов световых лет), по ним можно изучить структуру, эволюцию и распределение вещества во Вселенной.
фото: 3C 273 - квазар в созвездии Дева
Один из самых близких к нам квазаров 3С 273, наблюдаемый как объект 13-й звездной величины, удален от нас на расстояние в 500 миллионов парсек. С такого расстояния даже гигантские галактики выглядели бы слабее 18-й звездной величины, а, значит, мощность оптического излучения квазаров в сотни раз превышает мощность самых ярких галактик. Помимо этого, квазары излучают огромное количество энергии и в радиодиапазоне, почти столько же, сколько некоторые , например Лебедь-А. В среднем квазар излучает примерно в 10 триллионов раз больше энергии, чем наше Солнце.
Еще одним примечательным свойством квазаров оказалась переменность их излучения как в оптическом, так и в радиодиапазоне. Так, в оптическом диапазоне колебания светимости происходят неправильным образом за период от одного часа до года. При этом максимальное изменение блеска может составлять до 25 раз. Из этого можно сделать вывод, что линейные размеры квазаров не могут превышают пути, который проходит свет за время существенного изменения светимости (иначе переменность не наблюдалась бы), т.е. порядка 4x10 12 м (меньше диаметра орбиты Урана).
Квазары по многим параметрам напоминают активные ядра галактик. Об этом свидетельствуют их малые размеры, распределение энергии в спектре, а также переменность их излучения. Некоторые особенности сближают квазары с ядрами сейфертовских галактик. К таковым прежде всего относится значительное расширение эмиссионных линий в спектрах, что характерно для движения со скоростью, достигающей около 3000 км/сек. У некоторых квазаров имеются облака выброшенного вещества, что является следствием происходящих в них явлений, в результате которых высвобождается огромное количество энергии, по порядку величины сравнимое с излучением радиогалактик. По одной из современных теорий, квазары – это галактики на начальном этапе формирования, в которых происходят процессы поглощения окружающего вещества сверхмассивной
На расстоянии 2 млрд световых лет от нашего дома находится самый мощный и смертоносный объект во всей нашей Вселенной. Квазар - это ослепительный луч энергии, протяженность которого составляет несколько миллиардов километров. Ученые не могут до конца изучить этот объект.
Что такое квазар
Сегодня астрономы всего мира пытаются изучить квазары, их происхождение и принцип действия. Многочисленные исследования доказывают, что квазар – это огромный, бесконечно движущийся котел смертоносного газа. Мощнейший источник энергии объекта находится внутри, в самом сердце квазара. Это огромная черная дыра. Квазар весит столько же, сколько весят миллиарды солнц.Квазар поглощает все, что попадается на его пути. Черная дыра разбивает целые звезды и галактики, засасывая их внутрь себя до тех пор, пока они полностью не сотрутся и не растворятся в ней. На сегодняшний день квазар – это самое худшее, что только может быть во Вселенной.
Объекты далекого космоса
Квазары – самые отдаленные и яркие объекты в изученной человечеством Вселенной. В 60-е года прошлого века ученые считали их радио-звездами, ведь они были обнаружены при помощи сильнейшего источника радиоволн. Термин «квазар» произошел от словосочетания «квазизвездный радиоисточник». Также можно встретить название QSOs в многочисленных трудах ученых о космосе. Поле того как мощность оптических радиотелескопов стала намного больше, астрономы обнаружили, что квазар – это не звезда, а неизвестный науке звездообразный объект.
Предполагается, что радиоизлучение исходит не из самого квазара, а от лучей, которыми он окружен. Квазары до сих пор являются одними из самых загадочных объектов, которые расположены далеко за пределами Галактики. На сегодняшний день мало кто может рассказать про квазары. Что это такое и как устроены эти небесные тела, смогут ответить только самые опытные астрономы и ученые. Единственное, что точно доказано, что квазары выделяют огромнейшее количество энергии. Она равна той, что выделяют 3 млн солнц! Некоторые квазары выделяют в 100 раз больше энергии, чем все вместе взятые звезды нашей Галактики. Интересно, что все вышеперечисленное квазар производит на участке, приблизительно равному Солнечной системе.
Излучение и величина квазаров
Следы предшествующих галактик были обнаружены вокруг квазаров. Их распознавали как объекты с красным смещением, которые имеют электромагнитное излучение вместе с радиоволнами и невидимым светом, и имеющие очень маленькие угловые размеры. Эти факторы до открытия квазаров не давали возможности отличить их звезд – точечных источников. Наоборот, протяженные источники скорее соответствуют форме галактик. Для сравнения: коэффициент средней величины самого яркого квазара составляет 12,6, а самой яркой звезды – 1,45.
Где находятся загадочные небесные объекты
Черные дыры, пульсары и квазары находятся достаточно далеко от нас. Они являются самыми отдаленными небесными телами во Вселенной. Квазары имеют самое большое инфракрасное излучение. По спектральному анализу астрономы имеют возможность определять скорость движения различных объектов, расстояние между ними и до них от Земли.
Если излучение квазара краснеет, значит, он движется по направлению от Земли. Чем больше покраснение - тем дальше от нас квазар и его скорость возрастает. Все виды квазаров движутся на очень высоких скоростях, которые, в свою очередь, бесконечно меняются. Доказано, что скорость движения квазаров доходит до отметки 240 тыс. км/сек., а это почти 80% скорости света!
Мы не увидим современные квазары
Так как это самые отдаленные от нас объекты, то сегодня мы наблюдаем их движения, происходившие миллиарды лет назад. Поскольку свет только успел добраться до нашей Земли. Скорее всего, самыми отдаленными, а поэтому и самыми древними являются именно квазары. Космос позволяет нам увидеть их такими, какими они только появились около 10 млрд лет назад. Можно предположить, что некоторые из них сегодня уже перестали существовать.
Что представляют собой квазары
Хоть это явление изучено и недостаточно, но, по предварительным данным, квазар – это огромная черная дыра. Ее материя ускоряет свое движение, когда воронка дыры затягивает материю, что приводит к нагреванию этих частиц, их трению друг о друга и бесконечному движению общей массы материи. Скорость молекул квазара становится с каждой секундной все больше, а температура все выше. Сильнейшее трение частиц обусловливает выделение огромного количества света и других видов излучений, например таких, как рентген. Ежегодно черные дыры могут поглощать массу, равную одному нашему Солнцу. Как только затянутая в смертельную воронку масса поглотится, выделенная энергия разольется излучениями в две стороны: вдоль южного и северного полюсов квазара. Астрономы называют это необычное явление «космический самолет».
Последние наблюдения астрономов показывают, что в основном эти небесные объекты находятся в центре эллиптических галактик. По одной из теорий происхождения квазаров, они представляют собой молодую галактику, в которой массивнейшая черная дыра поглощает окружающее ее вещество. Основоположники теории говорят о том, что источником излучения выступает аккреционный диск этой дыры. Он находится в центре галактики, а из этого следует, что красное спектральное смещение квазаров больше космологического ровно на величину гравитационного смещения. Это ранее предсказывал Эйнштейн в своей общей теории относительности.
Квазары часто сравнивают с маяками Вселенной. Их видно с самых дальних расстояний, благодаря им изучают ее эволюцию и структуру. С помощью «небесного маяка» изучают распределение любого вещества на луче зрения. А именно: самые сильные спектральные линии поглощения водорода трансформируются в линии по красному смещению поглощения.
Версии ученых о квазарах
Существует и другая схема. Квазар, по мнению некоторых ученых, - это формирующаяся молодая галактика. Эволюция галактик мало изучена, так как человечество намного моложе, чем они. Возможно, квазары – это раннее состояние образования галактик. Можно предположить, что выброс их энергии происходит из самых молодых ядер активных новых галактик.
Другие астрономы и вовсе считают квазары точками пространства, в которых новая материя Вселенной берет свое начало. Их гипотеза доказывает полную противоположность черной дыре. Человечеству понадобится немало времени, чтобы изучить стигматы квазаров.
Известные квазары
Первый из обнаруженных квазаров был открыт Мэтьюзом и Сендиджем в 1960 году. Он располагался в созвездии Девы. Скорее всего, он связан с 16-ю звездами этого созвездия. По истечении трех лет Мэтьюз заметил, что этот объект имеет огромное красное спектральное смещение. Единственным доказывающим фактором, что это не звезда, стало его выделение большого количества энергии на относительно небольшом участке пространства.
Наблюдения человечества
История квазаров началась с изучения и измерения по специальной программе видимых угловых размеров радиоактивных источников.
В 1963 году квазаров уже насчитывали около 5. В этом же году голландские астрономы доказали спектральное смещение линий к красному спектру. Они доказали, что это происходит из-за космологического смещения в результате их удаления, поэтому расстояние можно было высчитывать по закону Хаббла. Практически сразу еще два ученых Ю. Ефремов и А. Шаров открыли переменность блеска обнаруженных квазаров. Благодаря фотометрическим снимкам, они установили, что переменность имеет периодичность всего в несколько дней.
Один из ближайших к нам квазаров (3С 273) имеет красное смещение и блеск, соответствующий расстоянию приблизительно в 3 млдр. световых лет. Самые отдаленные небесные объекты в сотни раз превосходят свечение обычных галактик. Их легко зарегистрировать при помощи современных радиотелескопов на расстоянии 12 млрд световых лет и более. Недавно был зарегистрирован новый квазар на расстоянии 13,5 млрд световых лет от Земли.
Сложно точно подсчитать, сколько квазаров обнаружено на сегодняшний день. Это происходит как из-за постоянных открытий новых объектов, так и из-за отсутствия четкой границы между активными галактиками и квазарами. В 1987 году был опубликован список зарегистрированных квазаров в размере 3594, в 2005 их было более 195 тыс., а сегодня их число перевалило за 200 тыс.
Изначально термин «квазар» обозначал некий класс объектов, которые в видимом (оптическом) диапазоне очень похожи на звезду. Но они имеют ряд отличий: сильнейшее радиоизлучение и малые угловые размеры (< 10).
Такое первоначальное представление об этих телах сложилось во времена их открытий. И оно верно и сейчас, но все же ученые распознали и радиоспокойные квазары. Они не создают такого сильного излучения. По состоянию на 2015 год, таких объектов зарегистрировано около 90% от всех известных.
Сегодня стигматы квазаров определяют по красному перемещению спектра. Если в космосе обнаружено тело, имеющее подобное смещение и выделяющее мощный поток энергии, то у него есть все шансы носить название «квазар».
Заключение
На сегодняшний день астрономы насчитывают около двух тысяч таких небесных тел. Главным инструментом для изучения квазаров является космический телескоп Хаббл. Так как технические прогрессы человечества не могут не радовать своими успехами, то можно предположить, что в будущем мы разгадаем загадку о том, что такое квазар и черная дыра. Возможно, они являются своеобразным «мусорным ящиком», который поглощает все ненужные объекты, а может, они и есть центры и энергия Вселенной.
