Квазар астрономия. Квазары в картинках и фотографиях. Расстояния до квазаров

Интересно, что один квазар светится сильнее, чем вся наша Галактика. А энергии одного среднего квазара хватит на снабжение электричеством планеты Земля на несколько миллиардов лет. А крупные квазары излучают в 60 тыс. раз больше энергии, чем средние.


Квазары – это самые удаленные от Земли объекты, разглядеть которые можно только в телескоп. Ближайшие к нам квазары находятся на расстоянии в 10 млрд. лет. Самое удивительное, что эти маленькие по размеру небесные объекты способны выделять огромное количество энергии.

Название «квазар» произошло от QUAsi stellar , что означает «псевдозвездный». Глядя в телескоп, эти небесные светила легко можно принять за звезды. Но звездами квазары не являются. Это святящиеся радиоисточники в чистом виде.
Свойства квазаров придают им схожесть с активными ядрами галактик. Квазары обладают гравитационной энергией, выделяемой при катастрофическом сжатии.


Впрочем, с квазарами связано множество гипотез. Наибольшую популярность в последнее время получила гипотеза о существовании черных дыр-квазаров. Черные дыры обладают мощной энергией, они способны втягивать в себя все окружающее их пространство. При приближении к черной дыре частицы разгоняются и сталкиваются между собой, что и приводит к мощному радиоизлучению. Черные дыры, обладающие магнитным полем, они собирают частицы в пучки. Так получаются джеты. Иными словами, сияние квазаров – это подгибание всасываемых в черные дыры частиц.


Существует еще одна версия, согласно которой квазары – это молодые галактики, которые находятся в процессе своего «созревания».
Но какая бы версия не возникла, ясно одно – квазары и галактики тесно связаны между собой.
И встреча двух этих небесных систем не предвещает ничего хорошее. Жителям планеты Земля остается только радоваться тому, что ближайший квазар (ЗС 273) располагается на расстоянии двух млрд. световых лет.


Как уже было сказано выше, квазары являются самыми отдаленными от Земли объектами. Похоже, что это еще и самые древние небожители. Изучение квазаров позволяет увидеть Вселенную такой, какой она была 2 - 10 млрд. лет назад. Открытие квазаров, которое произошло в 1963 году. Это событие оказало огромное влияние на космологию, а также разработку версии возникновения Вселенной.
Квазары – это еще одна большая загадка человечества, решение которой не найдено до сих пор. И сейчас мы находимся в поиске ответа, как появилась Вселенная. Остается только надеяться, что узнав это, мы останемся в живых.

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. Сразу же после выяснения метагалактической природы 3С 273 выяснилось, что блеск 3С 273 может меняться со временем. Советские астрономы из Москвы А.С.Шаров и Ю.Н.Ефремов тщательно исследовали старые фотографии неба, на которые случайно попадал этот объект. Эти фотографии хранились в "стеклянной библиотеке" Государственного Астрономического института им. Штернберга. А.С.Шаров и Ю.Н.Ефремов исследовав 73 негатива (1896-1963гг) 3С 273 заметили, что его яркость меняется от 12 m до 12,7 m , причем в период 1927-29гг поток излучения возрастал в 3-4 раза. Иногда в течение суток 3С273 меняется на 0,2-0,3 зв.вел, причем оптически никаких других существенных изменений не происходит (подобные явления обнаружены и у 3С 48, причем амплитуда даже больше 0,4 m и иногда заметно изменяется от ночи к ночи). Вскоре это открытие советских ученых было подтверждено на более богатом наблюдательном материале в США. Надо сказать, что феномен переменной яркости был обнаружен еще раньше. Так, исследования, проведенные в Пулковской обсерватории в 1956-м, показали, что ядро галактики NGC 5548 достаточно сильно изменяет со временем свою яркость. Открытие переменности 3С 273 действительно было парадоксальным. До этого времени переменность астрономы обнаруживали и изучали у звезд разных типов. Но ведь, казалось, 3С 373 - это галактика, состоящая из триллионов звезд, каждая из которых, конечно, должна излучать независимо. Так что о переменности "сглаженного" и усредненного по времени излучения такого огромного количества звезд не могло быть и речи! И все же переменность, и притом значительная, была налицо! Из того простого факта, что характерное время изменения потока (а, следовательно, светимости) было около 1 года, с очевидностью следовало, что линейные размеры излучающей области не превышают 1 световой год - величина, ничтожно малая для галактик. Отсюда следовал вывод, что излучают не звезды, а что-то другое. В отношении этого "другого" можно было только сказать, что это объект, в известной степени близкий по своей природе ядрам сейфертовских галактик, но только в тысячи раз мощнее и активнее (тогда переменность блеска ядер сейфертовских галактик была ещё не открыта) и получил название "квазаров" ("квази-звездные" объекты). Термин КВАЗАРЫ введен в 1964г Хонг Ие-Чиу (Колумбийский университет). Итак первые таинственные радиоисточники открыты в 1960г Т. Мэттьюз и Э.Сэндидж - 3С 48 (созв. Треугольника, 11 m , 3,98 млрд.св.лет = 1220 Мпк по фотографии 26.09.1960г), в 1962г 3С273, а также 3С 196 и 3С 286 - очень слабых оптических объектов. Уже в 1963г было известно 5 квазаров 3С48, 3С147, 3С196, 3С273, 3С 286 . Оказалось, что 3С 273 - один из самых близких к нам квазаров. Очень скоро были обнаружены такие объекты, у которых из-за красного смещения линии в довольно далекой ультрафиолетовой части спектра "съехали" в видимую область. Следует заметить, что и в спектре 3С 273 наблюдались ультрафиолетовые линии ионизованного магния с "лабораторной" длиной волны 0,28 микрона, которые при отсутствии красного смещения поглощались бы слоем озона в земной атмосфере. Но это - "почти видимые" линии. А вот когда астрономы сперва в синей, а потом и в желтой части наблюдаемого спектра нашли "королеву астрофизики" - резонансную линию водорода "лайман альфа", лабораторная длина волны которой О,12 микрон, - можно было только глубоко вздохнуть! Ведь это означало, что в результате красного смещения длина волны излучения увеличилась... больше, чем в четыре раза! В ту эпоху, когда квазаром были излучены кванты, которые сейчас улавливаются земными телескопами, размеры Вселенной были в 4 - 4,5 раза меньше, чем сейчас, а ее возраст, приблизительно, в 10 раз меньше нынешних 15 - 20 миллиардов лет.
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.

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

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

Квазар – активное ядро галактики на начальном этапе развития: исследование, описание и характеристика с фото и видео, мощное магнитное поле, строение и типы.

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 , и некоторых 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.

– невероятно интересные объекты, потому что своим ярким сиянием способны затмить целые галактики. Это далекие формирования, подпитывающиеся от , и в миллиарды раз массивнее Солнца.

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 . 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.

Квазары - Дистанционные огни

Если мы говорим о квазаре, то следует объяснить, что такое пульсар . Это быстро вращающаяся . 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.

Природа космических радиоисточников

Астрофизик Анатолий Засов о синхротронном излучении, черных дырах в ядрах далеких галактик и нейтральном газе:

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.

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 (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).

Спектроскопия квазаров

Физик Александр Иванчик об определении первичного состава вещества, космологических эпохах и измерении фундаментальных констант:

Типы квазаров

Квазары входят в класс «активных ядер галактик». Среди прочих можно также заметить сейфертовские галактики и . 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 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.

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.

Просторы Вселенной не прекращают удивлять земных наблюдателей разнообразием загадочных объектов, а одним из невероятных открытий космологии ушедшего столетия стали квазары.

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.

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.

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.