что вам известно о квазарах
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.
Что из себя представляют квазары?
Просторы Вселенной не прекращают удивлять земных наблюдателей разнообразием загадочных объектов, а одним из невероятных открытий космологии ушедшего столетия стали квазары.
Общие сведения
Гравитационное линзирование квазара HE 1104-1805
Эти сверкающие объекты излучают самое значительное количество энергии, обнаруженное во Вселенной. Находясь на колоссальном расстоянии от Земли, они демонстрируют большую яркость, чем космические тела, расположенные в 1000 раз ближе. Согласно современному определению, квазар – это активное ядро галактики, где протекают процессы, освобождающие огромную массу энергии. Сам термин означает «похожий на звезду радиоисточник». Именно по причине электромагнитного излучения и значительного красного смещения, открытые объекты были определены как новые, находящиеся на границах вселенной.
Инфракрасный снимок Квазара в тандеме с зарождающейся галактикой со вспышкой звездообразования
Квазары выделяют в 100 раз больше энергии, чем совокупность всех светил в нашей галактике. Большинство квазаров и нас разделяют 10 млрд. световых лет, а дошедший до Земли их свет послан еще до процесса его формирования. Первоначально предполагалось, что все псевдозвезды являются мощными источниками радиоизлучения, но к 2004 году стало известно, что, оказывается, таких совсем немного – порядка 10%, остальные же – считаются радиоспокойными.
История открытия
3C 273 — квазар в созвездии Дева. Считается первым астрономическим объектом идентифицированным в качестве квазара.
Первый квазар был замечен американскими астрономами А. Сендиджем и Т. Метьюзом, проводившими наблюдение за звездами в калифорнийской обсерватории. В 1963 году М. Шмидт с помощью рефлекторного телескопа, собирающего в одну точку электромагнитное излучение, обнаружил отклонение в спектре наблюдаемого объекта в красную сторону, определяющее, что его источник удаляется от нашей системы. Последующие исследования показали, что небесное тело, записанное как 3C 273, находится на отдалении в 3 млрд. св. лет и отдаляется с огромной скоростью – 240 000 км/с. Московские ученые Шаров и Ефремов изучили имевшиеся ранние фотографии объекта и выяснили, что он неоднократно менял свою яркость. Нерегулярная смена интенсивности блеска предполагает маленький размер источника.
Строение и теория происхождения
Квазары и процесс возникновения их мощного излучения все еще не разгаданы до конца. Рассматривается несколько версий, объясняющих чем они являются по сути.
Материалы по теме
Можно ли увидеть черную дыру?
Большинство ученых-астрофизиков склонны предполагать, что это черная дыра гигантского масштаба, поглощающая окружающее вещество. Под воздействием притяжения частицы набирают огромную скорость, натыкаются друг на друга и ударяются, их температура от этого повышается, появляется видимое свечение. Непреодолимое притяжение энергии черной дыры заставляет вещество двигаться к центру по спирали и превращаться в аккреционный диск – структуры, возникающей при падении обращающихся частиц на массивное космическое тело. Магнитная индукция черной дыры посылает часть вещества к полюсам, где создаются джеты – узкие пучки, излучающие радиоволны. На краях аккреционного диска температура понижается, и длина волн возрастает до инфракрасного спектра.
Другая гипотеза считает квазары юными галактиками в период их формирования. Существует вариант, объединяющий две версии, согласно которому, черная дыра поглощает зарождающиеся вещество галактики. Количество найденных квазаров к 2005 году равнялось 195 000, но этот процесс непрерывен, постоянно открываются новые объекты.
Необычные свойства
Изображение с космического телескопа Хаббла показывает самый отдаленный квазар (обведен белым), появившийся менее чем через 1 млрд. лет после Большого Взрыва.
Активность квазара изменяется во всех диапазонах: инфракрасных и ультрафиолетовых волн, видимого света, рентгеновских лучей, радиоволн. Величина его энергии в 1 млн. раз больше, чем у любой открытой звезды. Вариации светимости объекта происходят в разные промежутки времени – от года до недели. Такие колебания характерны для космических тел, размер которых находится в границах светового года.
Интересные факты
Квазар QSO-160 913 + 653 228 расположенный в этом скоплении галактик, снятых телескопом Хаббл, удален от нас на расстоянии 9 млрд. св. лет!
Для обозначения степени «покраснения» света квазаров, используется буква z (красное смещение). В начале 80-х годов были найдены несколько исключительно удаленных небесных объектов, у которых значение z = 4,0. Их радиосигнал стартовал до начала зарождения нашей галактики. Недавно замечен квазар, имеющий смещение z = 6,42, т. е. расстояние до него составляет более 13 млрд. световых лет. Энергия, излучаемая небольшой псевдозвездой, может дать Земле запас электричества на несколько миллиардов лет вперед. Это опасные соседи, а их яркий свет, который мы наблюдаем, это отблески от пропавшей в черной дыре вещества молодой галактики. К счастью, об угрозе для нашей планеты речь не идет – такие явления не замечены в ближайших галактиках. Наблюдение за древнейшими объектами, ставшими ровесниками Вселенной, показало, что она не просто увеличивается, а разлетается с огромной скоростью.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
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.