Квазар что это в астрономии простыми словами
Как и откуда появляются квазары? И что они представляют из себя?
Механизм появления квазаров состоит в следующем. На начальной стадии формирования галактики в её центральной области образуется сверхмассивная чёрная дыра.
Под влиянием гравитации к нему устремляется вся материя вокруг него. Это холодная пыль, газ и даже плазма из сформировавшихся звёзд.
В процессе стремительного падения по спирали, вещество закручивается вокруг черной дыры образуя аккреционный диск. Скорость движения материи вокруг чёрной дыры сопоставима со скоростью света.
Из за сил трения вещество сильно разогревается и возникает яркое свечение, которое многократно превышает яркость целой галактики.
В таком состоянии квазар является действующим. Квазар очищает пространство вокруг себя от пыли и газа, лишая галактику материала для формирования новых звёзд.
В настоящее время известно около 200 действующих квазаров, которых можно наблюдать с Земли. Самый близкий от нас квазар находится на расстоянии 600 млн. св.лет ( ядро галактики UGG8058).
У 10% наблюдаемых квазаров обнаружены лучистые потоки. Они состоят из заряженных частиц и имеют длину от сотен тыс. до 5 млн. световых лет. Температура в них достигает триллионов градусов.
Плазма из заряженных частиц, двигаясь вокруг чёрной дыры, генерирует сильное магнитное поле. Все заряженные частицы в окрестности начинают двигаться по силовым линиям этого поля, которые очень сильно скручены. В итоге они находят выход у магнитных полюсов.
Через эти лучистые струи выбрасываются огромные массы материи на большие расстояния с очень большими скоростями.
Таким образом можно утверждать, что активный квазар-это состояние сверхмассивной чёрной дыры на определённом этапе её формирования, когда в доступной области от неё есть достаточное количество материи для интенсивного поглощения.
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.
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.
25 удивительных фактов о квазарах, которые должен знать каждый
Квазары являются наиболее яркими объектами в видимой Вселенной. Они настолько яркие, что затмевают всю галактику, в которой они находятся. Они также являются самыми отдаленными объектами за всю историю наблюдений.
Итак, что такое квазары? Где они были обнаружены? Как они становятся такими яркими? Из чего они сделаны? Как далеко они от нас?
Вероятно, эти вопросы уже бомбардируют ваш мозг. Итак, давайте найдем ответы на все эти вопросы и узнаем 25 удивительных фактов о квазарах. Вы готовы?
№2. Квазары очень яркие. Они в 100 раз ярче всего нашего Млечного Пути. Проще говоря, общий свет, испускаемый 100 галактиками размером с наш Млечный путь, менее яркий, чем свет, излучаемый квазаром. Наш Млечный Путь состоит из почти 200-400 миллиардов звезд!
№4. Как именно образуется квазар, до сих пор остается предметом дискуссий и обширных исследований, но, по мнению ученых, сверхмассивная черная дыра начинает поглощать массу из аккреционного диска, который нагревает вещество (газы и другие материалы), падая в черную дыру. Температура может подняться до миллионов градусов, и материя начинает излучать свет, рентгеновские лучи, радиоволны и другие виды излучения.
№6. Вращающийся диск из газа и вещества образует магнитное поле, закрепленное на диске. Вертикальное магнитное поле закручивается сверху из-за быстрого вращения аккреционного диска.
№7. Энергия или излучение заряженных частиц любят магнитные поля и предпочитают привязываться к линиям магнитного поля. Таким образом, когда диск вращается, эти заряженные частицы поднимаются вверх, и из-за скрученных линий магнитного поля заряженные частицы образуют плотный столб.
№8. Эти струи известны как астрофизические или космические или квазарные.
№9. Квазарные струи вылетают на большие расстояния, но на самом деле они не происходят из центра черной дыры, а скорее испускаются вращающимся диском из газа и вещества, которое постепенно падает в черную дыру.
№10. Заряженные частицы внутри струй движутся почти со скоростью света, делая их видимыми с очень большого расстояния.
№11. Струи квазара, которые распространяются далеко в космос, порождают явление, известное Активное Галактическое Ядро с Двойным Радиоисточником (DRAGN). Это происходит из-за того, что струи, вылетающие из квазара, врезаются в межгалактическую среду, существующую между двумя галактиками.
№12. Это столкновение струй с межгалактической средой приводит к появлению массивных горячих точек, известных как DRAGN.
№13. DRAGN может простираться на расстояние 1,5 миллиона световых лет или более от одного конца до другого конца. Это намного больше, чем галактика, в которой возник квазар и породил квазарные струи, которые в конечном итоге породили DRAGN.
№14. Квазары показывают высокое красное смещение. Красное смещение определяется как спектр света объекта (когда свет разбивается на отдельные длины волн, диапазон длин волн известен как спектр), смещающийся к красному концу диапазона видимого света. Это просто означает, что объект удаляется от точки, откуда он просматривается. Таким образом, квазары фактически удаляются от Земли.
№15. Еще один удивительный факт квазара заключается в том, что квазары отдаляются от нас со скоростью не менее 93 200 миль в секунду (что составляет половину скорости света). Некоторые квазары движутся со скоростью 93% от скорости света.
№16. Сочетая красное смещение квазаров с законом Хаббла, ученые выяснили, что квазары являются САМЫМИ отдаленными объектами, видимыми нам во времени и пространстве. Ближайший известный квазар находится на расстоянии 730 миллионов световых лет от нас и известен как IC 2497.
№17. Из-за ошеломляющего расстояния квазаров от Земли они явно САМЫЕ отдаленные объекты, известные нам. Почему? Все очень просто! Свет квазара, который мы видим сегодня, должен был охватывать миллионы или миллиарды световых лет. Таким образом, в случае ULAS J1120 + 0641 свет этого конкретного квазара прошел расстояние в 29 миллиардов световых лет!
№19. Квазары, в конце концов, умирают. Это происходит, когда сверхмассивная черная дыра поглощает все вещество аккреционного диска, и ему нечего питаться.
№20. Возможно, наш Млечный Путь когда-то имел квазар, но теперь он мертв. Если центральная сверхмассивная черная дыра, которая находится в самом центре нашей галактики, снова оживает, наш Млечный Путь может снова породить квазар. Это не произойдет в ближайшее время. Единственная возможность для этого произойдет, когда Галактика Андромеды (ближайший сосед нашего Млечного Пути) столкнется с нашей Галактикой через 3-5 миллиардов лет.
№21. В целом, квазар с черной дырой от 1 до 10 миллионов солнечных масс будет потреблять 1 солнечную массу в год.
№22. Большинство галактик, которые мы знаем сегодня, когда-то имели квазары в начале их жизни. Постепенно, когда масса, попадающая в их центральные сверхмассивные черные дыры, истощалась, их выход энергии со временем уменьшался, и в конечном итоге квазары умирали, оставляя позади обычные галактики.
№23. Первый квазар, который был обнаружен в 1950 году, был назван 3C 273. На сегодняшний день обнаружено около 200 000 квазаров.
№25. Ученые говорят, что квазары, блазары и сейферты на самом деле одинаковы и выглядят по-разному просто потому, что на них смотрят с разных сторон. Согласно им, когда космическая струя направлена прямо на нас, мы называем их блазарами или блазарными галактиками.
Когда мы смотрим на них сбоку с кольцом в форме пончика из газа, пыли и облаков в прямой видимости, мы не видим яркого ядра, и струи направлены от нас, делая их менее яркими. Они известны как Сейферты или радиогалактики. В случае квазаров мы можем смотреть к центру галактики с космическими струями, расположенными под углом в общем направлении Земли, но не в прямой видимости.
Квазары – маяки Вселенной
Квазары – это объекты Вселенной, для которых характерны необычайно высокая яркость свечения и испускание огромного количества радиоволн и электромагнитного излучения других спектров при незначительных угловых размерах. Многие из них излучают количество энергии, превосходящее во много раз энергию всех звёзд нашей галактики вместе взятых.
По современным представлениям квазары состоят из чёрной дыры, окружённой аккреационным диском, который состоит из материи, затягиваемой в чёрную дыру и джетов – струй плазмы, которые вырываются из полюсов дыры и имеют огромную протяжённость.
Существует много теорий относительно природы этих объектов. Одни исследователи считают, что они представляют из себя чёрную дыру, которая втягивает в себя вещество, частицы которого в своем стремительном движении сталкиваются и излучают электромагнитные волны. Другие утверждают, что они являются молодыми галактиками в процессе их формирования.
Сверхмассивная чёрная дыра в представлении художника. Авторы и права: NASA / JPL-Caltech.
Квазары оптически схожи со звёздами, но помимо излучения гигантских объёмов энергии, имеют ряд интересных особенностей, которые делают их уникальными объектами. Одной из таких особенностей является необычайно высокая скорость их движения. Расчёты показывают, что квазары движутся со скоростями, в десятки и сотни тысяч километров в секунду, что составляет десятки процентов от скорости света.
Также интересна быстрая смена яркости свечения. Они могут поменять свою яркость в несколько раз за небольшой промежуток времени, от нескольких лет до нескольких часов. Для галактик и звёзд такие быстрые изменения не характерны.
Это представление художника о протогалактиках, похожих на Млечный Путь, с фоновым квазаром, подсвечивающим “супергало” из водородного газа, окружающего галактику. Авторы и права: A. Angelich / NRAO / AUI / NSF.
Так где же находятся эти объекты? Квазары одни из самых удалённых астрономических тел в видимой Вселенной. Они удалены от Земли на миллиарды световых лет. В основном располагаются они в центрах эллиптических галактик. Квазары часто называют маяками Вселенной так как их видно с громадных расстояний и благодаря им можно изучать далёкие галактики, о которых современная астрономия имеет по-прежнему туманное представление.
Сейчас учёные насчитывают несколько тысяч квазаров, но каждый год открывается много новых объектов этого типа, в основном благодаря телескопу “Хаббл”. В целом они мало изучены и у квазаров есть огромный научный потенциал, так как предполагается что при их изучении будет открыто множество нюансов происхождения, эволюции и строения галактик и Вселенной в целом.
Квазары: самые яркие во Вселенной
«Наш мир погружен в огромный океан энергии, мы летим в бесконечном пространстве с непостижимой скоростью.»
Н. Тесла
Квазары открыты астрономами совсем недавно, в середине ХХ века. О том, что они собой представляют, до сих пор идут споры. У ученых есть несколько теорий, но какая из них правильная — пока неизвестно.
Маяки Вселенной
Сначала квазары принимали за звезды: с большого расстояния эти объекты выглядят как светящиеся точки. Но когда по электромагнитному излучению было рассчитано расстояние до этих звезд и определена их яркость, ученые были поражены. Потому что звезду, расположенную так далеко от нас, увидеть нельзя. И звезда не может быть настолько яркой. Квазары светятся в десятки, а иногда и в сотни раз ярче, чем все звезды нашей галактики, вместе взятые. При этом их размер сопоставим с размером Солнечной системы, а значит, в сотни тысяч раз меньше средней галактики.
Новые космические объекты назвали квазарами (что в переводе означает «квазизвездный радиоисточник») и занялись их изучением. Вскоре было обнаружено новое удивительное свойство: квазары постоянно меняли степень яркости, причем за очень короткие промежутки времени. Иногда перемены происходили в течение нескольких дней или даже часов.
Свет от квазаров идет к нам миллиарды лет, и то, что мы видим, — это далекое прошлое. Все квазары находятся очень далеко от нашей галактики; таким образом, наблюдая за квазарами, можно понять, что творилось на окраинах Вселенной в момент ее зарождения. Так как Вселенная однородна, то скорее всего то же самое происходило и в нашей области. Возможно, в нашей галактике тоже когда-то был квазар, который к этому времени завершил свое существование или превратился во что-то другое.
Квазары называют «динозаврами Вселенной» за их преклонный возраст. Они существуют очень давно, практически столько же, сколько наша Вселенная. Новые квазары уже давно не образуются.
Если бы мы могли использовать энергию квазара, нам хватило бы ее навечно. Той энергии, которую этот яркий объект излучает за секунду, было бы достаточно, чтобы обеспечить нашу планету электричеством на миллиарды лет
Аппетит квазара
Квазары — это не простые черные дыры, а сверхмассивные, поэтому и излучение у них такое мощное. А перемены яркости объясняются так: когда в область притяжения черной дыры попадает новый объект, она вспыхивает. Когда «питание» не поступает, ее свет угасает. Нужно сказать, что аппетит у квазара отменный — он поглощает звезды, их системы, скопления и целые галактики. Со временем черная дыра поглотит все вещество в пределах досягаемости и перестанет светиться. Вероятно, так произошло и с черной дырой в центре нашей галактики. Она «съела» все, до чего могла дотянуться, и теперь находится в состоянии покоя.
Есть еще одна интересная теория : квазары — это такие специальные точки во Вселенной, где образуется новая энергия и материя, которая потом распространяется повсеместно. То есть квазары — это космические батарейки, подпитывающие Вселенную.
Новые квазары обнаруживаются астрономами постоянно, так как телескопы становятся все более совершенными. В настоящее время открыто уже более 200 тысяч квазаров