Что такое квазар?

В числе прочего, выяснилось, что некоторые источники с маленькими угловыми размерами, неотличимые от звезд, не являются звездами.

Как открыли квазар

В 1960 году астрономы T. Мэттьюз и A. Сендидж, работая на 5-метровом оптическом телескопе в обсерватории Паломарес в Калифорнии, обнаружили в созвездии Девы звезду 13-й звездной величины, и занесли ее в каталог как 3С 273. В 1963 году Мартин Шмидтом обнаружил, что объект 3С 273 имеет очень большое красное смещение. Это означало, что он расположен очень далеко, но при этом, если мы его все-таки видим, очень ярок.

Расчеты показали, что 3С 273 отдален от Земли на расстояние 620 мегапарсек, и удаляется со скоростью 44 000 км/сек. И вот это уже было крайне необычно, поскольку обычную звезду с такого расстояния увидеть невозможно, а на большую звездную систему, типа галактики, 3С 273, будучи очень маленьким по размерам, был совершенно не похож.

В том же 1963 году 3С 273 был отождествлен с мощным радиоисточником. Радиотелескопы тогда не были очень точны в определении направления прихода радиоволн, и координаты радиоисточника были определены путем наблюдения его покрытия Луной в обсерватории «Паркском» в Австралии. Они совпали с координатами 3С 273.

Такой яркий, притом, в очень широком диапазоне, объект небольших размеров был совершенно необычным. Для звезды любого известного типа он был слишком ярким, для галактики – слишком маленьким. Дальнейшие наблюдения показали изменение интенсивности излучения с периодом в несколько месяцев. Это тоже было непонятно. Объект 3С 273 не походил ни на что известное, и ни на что, что можно было себе вообразить на уровне знаний того времени, но, тем не менее, он существовал!

Начались поиски объяснения. С помощью радиотелескопов было обнаружено еще несколько похожих объектов.

Что означает название «квазар»?

Термин quasar — «похожий на звезду радиоисточник», происходит от слов quasi-stellar («квазизвездный») и radiosource («радиоисточник»).

Так что же такое квазар?

Не вполне понятна природа квазаров и в настоящее время. Наиболее распространенная теория гласит, что квазары представляют собой черные дыры, которые, как пылесосы, втягивают в себя всю материю, попадающую в поле их гравитации. В основном, это межзвездный водород.

Но такая дыра –  бывшая массивная звезда, выгоревшая и провалившаяся внутрь себя, не просто висит в пространстве, а движется относительно других объектов, включая и атомы водорода. Как правило, она еще и вращается вокруг условной оси, проходящей через ее центр тяжести, а ось эта прецессирует.

Все перечисленное, взятое вместе приводит к тому, что частицы вещества, попавшие в гравитационное поле черной дыры, падают не прямо на нее, а закручиваются по спирали, образуя аккреционный диск. По мере работы такого «пылесоса», плотность диска растет, и в нем начинаются столкновения. Это вызывает, во-первых, торможение частиц, отчего они, постепенно, по спирали, соскальзывают в дыру – не будь этого, они могли бы бесконечно долго вращаться вокруг нее по стабильной орбите. Во-вторых, в результате трения атомов межзвездного газа друг о друга возникает излучение. По краям аккреционный диск излучает в радиодиапазоне, а по мере приближения к черной дыре частота излучения растет, вплоть до рентгеновской области.

Электрические токи, возникающие внутри аккреационного диска, в сочетании с вращением, образуют магнитное поле, которое захватывает атомы уже за счет электромагнитного взаимодействия, после чего они по силовым магнитным линиям направляются с ускорением к магнитным полюсам квазара и вылетают оттуда с огромной скоростью. Так образуются джеты – потоки быстро движущихся частиц, которые, сталкиваясь межзвездным газом, излучают узкий пучок волн различного диапазона, все более длинного по мере удаления от квазара. Прецессия оси вращения квазара – а с ним и прецессирует и аккреационный диск, дает для наблюдателя эффект переменной яркости. Пучковая структура джета может сохраняться на протяжении до миллиона световых лет.

Такой «пылесос» светит тем ярче, чем больше межзвездного вещества он может втянуть в свою орбиту, а затем и в себя. Но постепенно область, в которой дрейфует, квазар оказывается, в основном, очищена, и он переходит на «голодный паек», сильно тускнея. Впрочем, захватив новую порцию вещества, он вспыхнет с новой силой. Звезда, попавшая в поле тяготения его черной дыры, сначала разрывается на части приливными силами, а затем, в виде ярко светящегося, сильно ионизированного газа, поглощается черной дырой.

Радиус радиоизлучения квазара обычно составляет порядка светового года. Чем выше частота, тем меньше радиус сферы излучения. Благодаря этому квазары схожи со звездами по видимому угловому размеру, но квазар – не звезда.

Особенности квазаров

Все известные квазары это очень древние объекты. Их возраст сравним с возрастом Вселенной, примерно 13 млрд. лет. Типичная масса квазара составляет от 100 до 1000 солнечных масс, а интенсивность свечения примерно в сто раз превосходит среднюю по размерам галактику. Мы не видим этого без специальных приборов просто потому, что квазары находятся очень далеко от нас и продолжают отдаляться. Согласно закону расширения Хаббла, чем дальше от нас объект, тем быстрее он удаляется, и самые далекие из известных квазаров «убегают» от нас со скоростью всего на 5% меньшей скорости света.

Список квазаров

Пока что точно неизвестно, сколько существует квазаров. Дело в том, что во многих случаях трудно с уверенностью сказать, что это именно квазар, а не другой объект, похожий на него по астрономическим характеристикам.

Приблизительный список квазаров содержит, по разным интерпретациям наблюдений, от 9 до 25 строк.

Самый яркий квазар

Все известные квазары можно увидеть только в крупные профессиональные телескопы.

Единственное исключение — самый яркий квазар  на земном небе, — тот самый 3C 273,  первый из открытых. При исключительно благоприятных условиях наблюдения его можно найти в достаточно крупный любительский телескоп.

Как уже было сказано, 3С 273 отдален от Земли на расстояние 620 мегапарсек, и удаляется со скоростью 44 000 км/сек.

Фото квазара 3C 273 со своим джетом в рентгеновском диапазоне, сделанное со спутника Chandra X-ray Observatory.

Тем не менее, 3C 273 не является самым мощным квазаром из известных.

Самый мощный квазар

Самый мощный квазар, который мы знаем, — это SMSS J215728.21-360215.1, наблюдаемый в созвездии Южной Рыбы. Он находится от нас на расстоянии более 12 млрд. световых лет. Его масса составляет составляет 34 млрд. масс Солнца, а по светимости он превосходит Солнце в 690 триллионов раз.

Читайте также:

Интересные факты о космосе

Обнаружен самый древний объект во Вселенной