Що таке квазари (1 фото)

Кваза́р (англ. quasar) — клас астрономічних об'єктів, які є одними з найяскравіших (в абсолютному численні) у видимому Всесвіті. Англійська термін англ. quasar утворений від слів англ. quasi-stellar («квазізірковий» або «схожий на зірку») та англ. radiosource («радіоджерело») і дослівно означає «схожий на зірку радіоджерело» [1]. (взято з рувики)

І вибачайте, якщо багато б'укв.



Quasar PG 1012+008

Загадкові гіганти космосу: сучасні дослідження квазарів

Що таке квазари?

Квазари — яскраві точкові об'єкти, розташовані на величезних відстанях від нашої планети. Вони відносяться до класу активних ядер галактик (AGN) і є потужними випромінювачами електромагнітного спектру, включаючи видиме світло, рентгенівські промені і радіохвилі. Назва «квазар» походить від англомовного терміна "quasi-stellar object" («квазізірковий об'єкт»), оскільки перші відкриті представники цього класу виглядали схожими на зірки, хоча мали зовсім інший характер випромінювання.

Історичний екскурс

Початок історії квазарів: програма радіообсерваторії "Джодрелл-Бенк"

Радіообсерваторія «Джодрелл-Бенк» стала стартовим майданчиком для початку досліджень загадкових об'єктів, які згодом отримали назву квазарів. Ця обсерваторія запустила програму, спрямовану визначення видимих ​​кутових розмірів радіоджерел. Результати виявилися сенсаційними: перший квазар, відомий нині як 3C 48, виявили Аллан Сендідж і Томас Метьюз наприкінці 1950-х років.

Проте справжній прорив стався трохи згодом, у 1963 році, коли список відомих квазарів поповнився п'ятьма новими об'єктами. Вже тоді зрозуміли, що перед дослідниками щось особливе. Об'єкти демонстрували низку незвичайних характеристик, які тривалий час залишалися незрозумілими.

Відкриття 1963 року: початок розуміння феномену

Восени 1963 видатний голландський астроном Мартен Шмідт зробив революційне відкриття: він довів, що лінії в спектрах квазарів зміщуються в червоний бік. Раніше спектральні лінії 3C 48, що вважалися незрозумілими, незабаром були успішно інтерпретовані як лінії водню і магнію, різко зсунуті в червону частину спектра. Червоне зміщення означало, що 3C 273 знаходився набагато далі, ніж вважалося раніше, і мав неймовірну енергію, що перевищувала яскравість звичайної галактики.

Паралельно Юрій Єфремов та Олександр Шаров зробили важливе спостереження: вони зафіксували мінливість блиску квазарів із періодичністю лише кілька днів. Такі різкі зміни підтвердили припущення про малі розміри областей, що генерують настільки сильне випромінювання.

Особливості будови та поведінки квазарів

Одним з ключових факторів, які привертали увагу вчених, виявився високий рівень компактності квазарів. Незважаючи на свою яскравість, порівнянну з цілими галактиками, розміри областей, звідки виходить основне випромінювання, обмежувалися областю порядку Сонячної системи. Це властивість підкреслювало унікальність і значимість цих об'єктів науки.

Сьогодні вчені мають у своєму розпорядженні велику базу даних про квазари. Найближчий і найяскравіший представник цього типу об'єктів — 3C 273, що має червоне усунення z = 0,158, що відповідає відстані близько трьох мільярдів світлових років. Однак відомі і набагато віддаленіші квазари, що знаходяться на відстані понад дванадцять мільярдів світлових років від Землі.

Визначення точної кількості відкритих квазарів утруднено низкою причин. По-перше, регулярно відкриваються нові об'єкти такого роду. По-друге, чіткого поділу між квазарами та іншими типами активних галактик поки що не існує. Тому різні списки квазарів відрізняються один від одного. Так, опублікований у 1987 році каталог Х'юїтта та Бербріджа включав 3594 квазари, а до 2005 року група дослідників повідомила про наявність бази даних із 195 тисячами зареєстрованих квазарів.

Ці цифри свідчать про постійний прогрес у розумінні природи квазарів та зростання наукового інтересу до цих унікальних об'єктів Всесвіту.

Механізм світіння квазарів

Основною причиною яскравості квазарів є наявність масивних чорних дірок у центрах батьківських галактик. Коли матерія падає на таку чорну дірку, утворюється акреційний диск — шар гарячого газу, що обертається, і плазми навколо горизонту подій. Саме у цьому диску відбувається виділення колосальної кількості енергії, яку ми спостерігаємо як квазар.

Крім того, деякі квазари випускають релятивістські струмені — вузькоспрямовані потоки частинок, що рухаються майже зі швидкістю світла. Ці струменя створюють потужне радіовипромінювання і часто спостерігаються в області поза площиною диска акреції.

Сучасні методи вивчення квазарів

1. Вивчення властивостей центральної чорної дірки

Досліджуючи поведінку фотонів і частинок поблизу квазарів, вчені отримують уявлення про масу, заряд і швидкість обертання центральних чорних дірок. Одним із способів оцінки маси є вимірювання ширини спектральних ліній випромінювання водню та гелію, що виникають у гарячих областях акреційного диска.

2. Спостереження релятивістських струменів

Спостереження в діапазоні мікрохвильової довжини дозволяють побачити освіту та еволюцію джетів, вивчаючи рух окремих компонентів у масштабі часток секунди кута (arcsecond). Це дає розуміння процесів прискорення частинок та динаміки магнітних полів.

3. Аналіз міжгалактичного простору

Оскільки квазари розташовуються далеко від нас, їхнє світло проходить величезні відстані крізь простір-час, зіштовхуючись із газовими хмарами та пиловими структурами вздовж шляху. Вивчення спектрів поглинання, викликаних цими зіткненнями, дозволяє з'ясувати хімічний склад та щільність середовища на різних етапах еволюції Всесвіту.

4. Моделі структури активного ядра

Сучасна теорія передбачає, що активне ядро ​​складається з центрального тіла (чорної дірки), акреційного диска, тора (кільцеподібної хмари щільного газу та пилу), джета та гарячої корони. Точне моделювання всіх компонентів потребує складних обчислень та чисельних симуляцій, проте прогрес технологій продовжує приносити нові результати.

Майбутнє квазарних досліджень

Розвиток техніки спостереження продовжується швидкими темпами. Новий клас гігантських телескопів, таких як E-ELT (European Extremely Large Telescope) та LSST (Large Synoptic Survey Telescope), дозволить спостерігати ще більш слабкі та далекі квазари, забезпечуючи нову інформацію про ранні стадії існування Всесвіту.

Крім того, подальший розвиток теоретичних моделей має призвести до створення реалістичних тривимірних симуляцій активності ядра галактики, дозволяючи передбачати фізичні параметри квазарів та тестувати гіпотези про природу гравітації та квантової фізики.

Квазари відіграють важливу роль у вивченні великомасштабної структури Всесвіту та його походження. Завдяки своїм потужним джерелам випромінювання, вони служать маяками у просторі, що дозволяють картографувати розподіл темної матерії та газів протягом мільярдів світлових років. Наприклад, дослідники використовують квазари для вимірювання ефекту гравітаційної лінзи, який виникає, коли світло від далекого квазара викривляється прилеглої масою (зазвичай галактикою).

Також вивчення варіацій червоного зміщення квазарів допомагає вченим перевіряти моделі розширення Всесвіту та виявляти можливі відхилення від загальноприйнятих уявлень про темну енергію та постійну Хаббла.

Підсумовуючи, можна сказати, що квазари залишаються найважливішими елементами сучасної астрофізики. Ці дивовижні об'єкти відкривають нам вікно у минуле Всесвіту, дозволяючи поглянути на ранні етапи його розвитку та поглиблюючи наше розуміння фундаментальних законів природи. Дослідження продовжуються, і кожен новий спостережний цикл приносить дедалі більше цікавих відкриттів, що наближають людство до розгадок таємниць нашого космічного будинку.