Kvazāri — enerģētiskie aktīvie galaktiku kodoli un to skaidrojums
Kvazāri — spilgtākie aktīvie galaktiku kodoli: supermasīvu melno caurumu akrēcijas diski, milzīga enerģija un Visuma tālāko objektu noslēpumi.
Kvazari jeb kvazizvaigžņu radio avoti ir visenerģētiskākie un vistālākie aktīvie galaktikas kodoli (AGN). Tie izstaro milzīgu daudzumu elektromagnētiskā starojuma — no radioviļņiem līdz X un gamma starojumam — un tajos valda ārkārtīgi intensīvi procesi ap centrālo supermasīvo melno caurumu.
Kas ir kvazārs un kā tas izskatās?
Kvazārs ir kompakts, ļoti spožs reģions masīvas galaktikas centrā, kas aptver supermasīvo melno caurumu un tā akrēcijas disku. Lai gan to izstarotā enerģija ir milzīga, paši kvazāri ir relatīvi mazi — bieži vien to izmērs nav daudz lielāks par Saules sistēmu. Šī kompakta daba izriet arī no spožuma variācijām: īslaicīgas spožuma izmaiņas norāda, ka emisijas reģions nevar būt lielāks par gaismas ceļu laikā novērotā laika intervāla garumu.
Enerģijas avots
Zinātnieki vienojas, ka kvazaru enerģija galvenokārt rodas no gravitācijas potenciāla enerģijas atbrīvošanās, kad masa krīt uz akrēcijas diska ap melno caurumu. Šis process var pārvērst ievērojamu daļu masas enerģijā — tipiski aptuveni 10%, bet uz rotējoša (Kerra) melnā cauruma robežas efektivitāte var būt vēl lielāka. Tā rezultātā kvazāri var sasniegt milzīgus bolometriskos spožumus (dažos gadījumos pāri 10^13 Saules spožumu), kas padara tos viegli novērojamus pat Visuma lielos attālumos.
Spektrs, līnijas un variācijas
Kvazaru spektri raksturojas ar plašām emisijas līnijām (no broad-line region, BLR) ar platumu, kas norāda uz gāzes ātrumiem tūkstošos kilometru sekundē, un šaurākām līnijām no tālāk esošā narrow-line region (NLR). Šīs līnijas atšķīrās no klasiskajām zvaigžņu līnijām un palīdz noteikt kvazaru sarkano novirzi (z), kas lietota attāluma un laika noteikšanai kosmoloģiskā kontekstā. Kvazāru spožums var mainīties no dienām līdz gadu desmitiem, un daļa izmaiņu saistāma ar relativistiskiem strūklu (jetu) laidiem un orientāciju — ja jets vērsts gandrīz tieši pret novērotāju, novērojamais spožums var būt mākslīgi pastiprināts (saukt par blazariem).
Tipi un īpašības
- Radio-loud (radiospēcīgi) kvazāri — apmēram 10–20% no kvazāru populācijas, kuriem novērojami spēcīgi radiostrālējumi un labi attīstīti relativistiski jeti.
- Radio-quiet kvazāri — radioviļņu emisija vājāka, bet tie joprojām var būt ļoti spīdoši optiskajā un rentgena diapazonā.
- Blazari — kvazāri, kuros jets ir vērsts gandrīz tieši uz novērotāju; tiem raksturīgas straujas un plašas variācijas un ļoti plakans spektrs.
Attālumi un kosmoloģiskā nozīme
Kvazari ir vieni no tālākajiem objektiem, ko varam novērot. Piemēram, kā minēts agrāk, sarkanais novirze z = 7,085 (atklāts 2011. gadā) atbilst aptuveni 29 miljardu gaismas gadu komovējošajam attālumam; tomēr jāņem vērā atšķirības starp komovējošo attālumu un skatījuma (lookback) laiku — skatījuma laiks šādam kvazāram ir mazāk nekā Visuma vecums (apmēram 12–13 miljardu gadu lookback laiks). Kopš 2011. gada atklāti arī kvazāri ar vēl lielāku sarkano nobīdi (piem., z ≈ 7,5), kas sniedz informāciju par agrīnajām galaktikām un melnajiem caurumiem.
Melno caurumu masas un akrēcija
Supermasīvie melnie caurumi kvazāru centros parasti sver no aptuveni 10^6 līdz 10^10 Saules masām. To masse var tikt novērtēta, izmantojot emisijas līniju platumu un akrēcijas diska spožumu. Kvazāru spilgtums bieži sasniedz vai pārsniedz Eddingtona spilgtumu, kas apraksta pārbīdes starp gravitācijas pievilkšanu un radiācijas spiedienu, un daudzi kvazāri akrēcijas procesā darbojas tuvu šim limitam.
Loma galaktiku evolūcijā
Kvazāri spēlē nozīmīgu lomu galaktiku evolūcijā. Jaunā Visuma laikā bieža un intensīva akrēcija uz centrālajiem melnajiem caurumiem radīja spožus kvazārus; šī fāze var būt saistīta ar aktīvu zvaigžņu veidošanos un galaktiku saplūšanu. Enerģētiski izvirdumi, strūklu un plūsmas no kvazāriem var izdzīt gāzi no galaktikas centriem — procesu, ko sauc par "feedback" — un tas var apturēt jaunu zvaigžņu veidošanos, veicinot galaktiku pāreju uz mazāk aktīvu stāvokli. Tādēļ daudzas mūsdienu galaktikas, tostarp, iespējams, mūsu Piena ceļš, agrāk ir bijušas aktīvas vai pat kvazāri, bet tagad vairs nav — centrālajos reģionos trūkst vielas, kas pieplūst melnajiem caurumiem.
Atklāšana un vēsture
Pirmie kvazāri tika identificēti 1950.—1960. gados kā spēcīgi radio avoti ar optisko līdzību zvaigznēm, taču to spektri parādīja nekonsekvences ar pazīstamajām zvaigznēm. 1963. gadā Maikls Šmits (Maarten Schmidt) noteica objekta 3C 273 lielo sarkano nobīdi, kas pierādīja šo objektu milzīgo attālumu un spožumu — tas atklāja kvazāru patieso dabu kā tālu un ārkārtīgi spēcīgu aktīvu galaktiku kodolu.
Bieži zināmi piemēri
- 3C 273 — viens no pirmajiem un spožākajiem kvazāriem, labi pētīts radio, optiskajā un rentgena diapazonā.
- Daudzi citi kvazāri ir apzīmēti ar radio katalogu numuriem un ar optiskām un infrasarkanām identifikācijām; tie kalpo par svarīgiem marķieriem kosmoloģiskajai attīstībai.
Kopsavilkums
Kvazāri ir visjaudīgākie pazīstamie elektromagnētiskie objekti, kuru enerģija rodas no akrēcijas uz supermasīviem melnajiem caurumiem. Tie sniedz būtisku informāciju par agrīnā Visuma apstākļiem, galaktiku evolūciju un melno caurumu augšanu. Lai arī daudzas galaktikas šobrīd ir klusas, agrāk lielākā daļa no tām, visticamāk, ir izgājušas cauri aktīvām fāzēm, kuras mēs varam pētīt tieši caur kvazāru novērojumiem.
ULAS J1120+0641 - ļoti tāla kvazāra, ko darbina melnais caurums, kura masa ir divus miljardus reižu lielāka par Saules masu, - mākslinieka attēlojums. Kredīts: ESO/M. Kornmesser
Chandra rentgena starojuma attēlā redzams kvazārs PKS 1127-145 - ļoti spožs rentgena un redzamās gaismas avots, kas atrodas aptuveni 10 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes. Milzīga rentgena staru strūkla stiepjas vismaz miljons gaismas gadu attālumā no kvazāra. Attēla izmērs ir 60 loka sekunžu uz vienu pusi. RA 11h 30m 7.10s Dec -14° 49' 27" Krāterī. Novērošanas datums: 2000. gada 28. maijs. Instruments: ACIS.
Gravitatīvi lēcēts kvazārs HE 1104-1805.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir kvazārs?
A: Kvazārs jeb kvazi-zvaigžņu radio avots ir aktīvs galaktikas kodols (AGN), kas ir visenerģētiskākais un attālākais AGN veids. Tie ir diezgan mazi, salīdzinot ar to izstaroto enerģiju, un nav daudz lielāki par Saules sistēmu.
J: Cik tālu var atrast kvazārus?
A: Lielākais zināmais sarkanā novirziena kvazārs 2011. gada jūnijā atradās aptuveni 29 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes.
J: Kāds ir to spilgtuma izmaiņu mehānisms?
A: Spilgtuma izmaiņu mehānisms, iespējams, ir saistīts ar relatīvisma strūklu strūklu raidīšanu, kas vērstas gandrīz tieši pret mums.
J: Kas, domājams, atrodas kvazāra centrā?
A: Zinātnieki tagad ir vienisprātis, ka kvazārs ir kompakts reģions masīvas galaktikas centrā, kas ieskauj centrālo supermasīvu melno caurumu. Tā izmērs ir 10-10 000 reižu lielāks par šī melnā cauruma Švarcšilda rādiusu.
J: No kurienes nāk tā enerģija?
A: Kvazāra izstarotā enerģija rodas no gravitācijas enerģijas, ko rada masa, krītot uz akrēcijas diska ap melno caurumu.
J: Cik spoži tie ir salīdzinājumā ar citām galaktikām?
A: Kvazāri ir ārkārtīgi spoži, un to spožums var būt 100 reižu lielāks nekā mūsu Piena Ceļa galaktikas spožums.
J: Kāpēc tie bija biežāk sastopami agrīnajā Visumā?
A: Kvazāri bija biežāk sastopami agrīnajā Visumā, jo šīs enerģijas ražošana beidzas, kad supermasīvais melnais caurums patērē visu gāzi un putekļus tā tuvumā, kas nozīmē, ka lielākā daļa galaktiku, iespējams, ir pārdzīvojušas aktīvu fāzi kā viena vai kāda cita klases aktīva galaktika, pirms tās kļuva neaktīvas, jo trūka matērijas, kas varētu apgādāt to centrālos melnos caurumus starojuma ražošanai.
Meklēt