BLOGas.lt
Sukurk savo BLOGą Kitas atsitiktinis BLOGas

Kvazarai

Kartas nuo karto šie mistiški ir ryškūs objektai vaizdingai pavadinami „pragaro akimis Visatos gelmėse“. Optiškai jie panašūs į žvaigždes, tačiau ilgose ekspozicijose pastebima, kad juos supa galaktikos. Jų spinduliuotė dažnai būna ne tik regimoji šviesa, bet ir radijo, rentgeno bei kitos bangos (dažniausiai būtent šios bangos, o ne regimoji šviesa leidžia aptikti šiuos objektus). Kvazarų spinduliuojama energija yra labai stipri, nors kvazaro centro dydis palyginamas su žvaigžde, o visas kvazaras dažniausiai neviršija vienos šviesos dienos dydžio (maždaug Saulės sistemos dydis). Trumpai tariant, kvazarai – vieni galingiausių, labiausiai nuo Žemės nutolusių ir keisčiausių Visatos objektų.

3C 273 – pirmasis identifikuotas kvazaras

Kvazarų atradimas, panašiai kaip ir kiti tokio pobūdžio atradimai, buvo labai netikėtas. Astronomų žodžiais tariant, jei dar prieš šių kūnų atradimą kad nors būtų apibūdinęs pastarųjų savybes, mokslininkai būtų pareiškę, kad tokie objektai gamtoje egzistuoti negali. Pirmieji kvazarai aptikti radioteleskopais apie 1950 metus ir pažymėti kaip radijo šaltiniai be objekto. 1960 metais Allan Sandage ir Thomas Matthews Trikampio žvaigždyne aptiktas 3C 48 galų gale buvo susietas su optiniu vaizdu – radijo šaltinio vietoje buvo neryški mėlyna žvaigždelė, pasižyminti itin keistomis emisijos linijomis. Deja, šis objektas dar nebuvo identifikuotas (tai padaryta 1963 metais).

3C 48

1962 - 63 m. K.Hazardas (Australija) ir M.Šmidtas (JAV) Palomaro observatorijoje (Kalifornija, JAV) atrado kvazarą 3C 273 (z=0.158). Šiaip kvazarą būtų sunkoka aptikti su optiniu teleskopu, tačiau 3C 273 yra vienas labiausiai nutolusių objektų, kuriuos galima aptikti su mėgėjiška įranga.

Patį pirmąjį aptiktą kvazarą nuo mūsų skiria 2,44 milijardai šviesmečių (jei jį nuo mūsų skirtų kad ir 33 šviesmečiai, danguje jis švytėtų kaip Saulė), jis slepiasi Mergelės žvaigždyne, o ji ryškumas netgi 12,8. Iki 1962 astronomam jis buvo didelė mįslė. Tik tais metais M. Schmidtui pavyko jį atpažinti Mount Wilson observatorijos fotografijose.

Astronomai gerokai nustebo, kai kosminis radijo šaltinis buvo sutapatintas su silpna žvaigždele.  Užregistravus jo spektrą, stebėtų linijų nepavyko priskirti nė vieno žinomo elemento linijoms - vandenilio spektro linijos buvo nustumtos labai toli į raudoną pusę. Viena iš jų buvo nustumta tiek toli, kad fotografinė emulsija nebetiko jos užregistravimui. Vėliau tą liniją surado J.В.Оке su infraraudonais instrumentais. Netrukus buvo atrastas ir kitas panašus keistas objektas. Kvazarų spektro mįslę įspėjo M. Šmidtas: nežinomos linijos pasirodė besančios paties žinomiausio elemento - vandenilio - linijos, tik smarkiai pastumtos spektro ilgųjų bangų pusės link. Vadinasi, jeigu tą poslinkį lemia didelis kvazarų greitis mūsų atžvilgiu dėl Visatos plėtimosi ir jiems galioja Hablo dėsnis, tai kvazarai turi būti nepaprastai toli - už kelių milijardų šviesmečių. Tokiu atveju jie yra patys galingiausi spinduoliai Visatoje.

Dėdulė M. Schmidtas

Pavadinimas kvazaras (Quasars – QUAsi StellAR Sources, arba KVAZižvAigždinis RAdijo šaltiniS) kilo iš to, kad fotografinėse plokštelėse jis atrodė kaip žvaigždė (vėliau paaiškėjo, kad tokia žvaigždutė švyti kaip trilijonas saulių). Pavadinimo autorius – Kinijoje gimęs JAV astronomas H.Y.Chiu. pirmą kartą kvazarais šie objektai pavadinti 1964 metais knygoje „Physics today“.

Astronomai, metę savo įprastinius darbus, ėmė ieškoti naujų kvazarų ir tirti jų savybes. Iš pradžių kvazarai būdavo aptinkami radijo teleskopais, vėliau – ir su fotografiniais teleskopais. 1964 metais aptikti 3C 47 ir 3C 147, 1965 metais CTA 102, 3C 287, 3C 254, 3C 245 ir 3C 9. Tai – pirmieji aptikti kvazarai. Daugelis iš jų turėjo dar didesnį raudonąjį poslinkį negu 3C 273, taigi buvo dar toliau - prie besiplečiančios Visatos ribų. Įdomiausia tai, jog kvazarų spinduliavimas netvarkingai kito, kartais net dvigubai per mėnesį arba net savaitę. Tai reiškė, kad kvazarai iš tikrųjų yra žvaigždės dydžio. Atrodė neįtikėtina, kad toks objektas gali spinduliuoti daugiau energijos per sekundę, negu Saulė per milijoną metų. Tik gerokai vėliau buvo rasta, kad tik apie 10% visų kvazarų yra aktyvūs radijo diapazone – radijo kvazarai. Likusi dalis yra vadinamieji tylieji kvazarai, kurie neturi stipraus radijo spinduliavimo.

1980 metais nuomonė, kad kvazarai yra tam tikros aktyvios galaktikos, tapo priimtina.

Kvazarai gimsta per galaktikų susidūrimus, kai darinio centre susiformavusi juodoji skylė ima ryti dujas ir
visą galaktiką.

Kvazaras neretai vadinamas viena aktyviųjų galaktikų rūšių, nors gal greičiau tai aktyvus galaktikos branduolys, spinduliuojantis smarkiau nei visa galaktika. Aktyviosiomis galaktikomis vadinamos tokios, kurios turi švytinčius branduolius, spinduliuojančius visame elektromagnetinių bangų diapazone (radijo, infraraudonųjų, optinių, ultravioletinių, Rentgeno ir gama spinduliai). Tų aktyviųjų galaktikų būna keletas tipų: radijo galaktikos, kvazarai ir Seiferto galaktikos (žemos energijos gama spindulių šaltiniai).

Kvazaras IR spinduliuose

Nustatyta, kad kvazarai tolsta milžinišku greičiu (Hablio dėsnis), didesniu negu tolimiausios iki šiol žinomos galaktikos ir neretai viršijančiu pusę šviesos greičio. Greičiausiai kvazarai yra palyginti maži objektai, kurių linijinis skersmuo neviršija 0,1 pc. Kvazarų spinduliavimo galia 1040-1041 W (100-1000 kartų didesnė negu didžiausios galaktikos galia). Beveik visi kvazarai yra rentgeno šaltiniai.Apie 10% kvazarų yra stiprūs radijo šaltiniai. Jų radijuojama energija radijo bangomis yra tokia pat, kaip stipriųjų radijo galaktikų. Kvazaro radijo portretui būdingos dvi „ausys“, kurias sudaro į šalis trykštančios plazmos čiurkšlės, išsiskleidžiančios į didžiulius plazmos debesis. Jų spinduliavimo intensyvumas tiek optinėje, tiek radijo dažnių srityje netaisyklingai kinta. Manoma, kad kvazarų spinduliavimo energiją generuoja medžiagos akrecija į juodąją bedugnę, esančią tos galaktikos centre (tos bedugnės masė ~108 M).

Jų spektruose matomos intensyvios ir plačios emisijos su dideliu raudonuoju poslinkiu (z=0,06 – 6,4). Remiantis tokiu poslinkiu ir Hablio dėsniu, nuo mūsų jie nutolę per 780 mln. – 28 mlrd. šviesmečių. Daugumą jų nuo mūsų skiria virš 3 mlrd. šviesmečių. Jei kvazaro raudonasis poslinkis z=5,8, jis tolsta  maždaug 95% šviesos greičiu, aktyvaus spinduliavimo periodas trunka 10–100 mln. metų

3C 212

Kvazarai dar ir dabar yra itin paslaptingu objektai, o prieš keliasdešimt metų jie iškėlė tūkstančius klausimų, į kuriuos sunkoka buvo atsakyti. Iki 1980 metų apie jų kilmę ar polinkius išvis nebuvo jokios bendros mokslininkų nuomonės. Kokių buvo iškelta teorijų apie kvazarus (jos datuojamos apie 1963 – 1970 metus)?

  • artimieji kvazarai galėtų būti apie 108 saulių didumo superžvaigždės, kuriose branduolinės reakcijos užsibaigė, nes visą vandenilį pavertė į helį. Tos žvaigždės katastrofiškai traukiasi jų pačių gravitacinės traukos dėka. Šią teoriją parėmė faktas, kad kai kurie kvazarai turi trumpus šviesos pulsavimo periodus.
  • kvazarai galėtų būti vietiniai objektai, išmesti iš mūsų galaktikos labai dideliu greičiu. Tas gerai išaiškintų šviesos pasistūmimą į raudoną spektro pusę ir paremtų pastovios būklės kosmologinę
    teoriją.
  • kvazarai galėtų būti galaktikos, susiduriančios su tarpgalaktinės medžiagos debesiu. Iš tikrųjų, toks susidūrimas galėtų pagaminti atitinkamą energijos kiekį.
  • kvazarų energija yra pagaminta pačių galaktikų viduje, kaip sukimosi ir sūkurio energija arba kaip magnetinio lauko energija. Tik toji energija kokiu nors katastrofiniu būdu yra išlaisvinta.
  • kvazarų stipri radiacija yra žvaigždžių evoliucijos išdava, taip pat gali būti pasiekta ankstyvame galaktikų amžiuje, kai pasilaisvina traukos energija. tokią energiją galėtų palaisvinti dvi susiduriančios galaktikos, kurių viena yra iš medžiagos, o kita iš antimedžiagos.
  • daugelio novų ir supernovų iš karto sprogimai gali sudaryti sąlygas tokiai sinchrotroninei radiacijai  sukelti. Galėtų būti net grandininė supernovų sprogimo viena po kitos reakcija.
  • kvazarai būtų neutronų žvaigždės.
  • kvazarai būtų galaktikos tokios, kokios jos atrodė tuoj po sukūrimo. Tada jos būtų seniausi objektai visatoje. Šitas aspektas prieštarautų pastovios būklės teorijai ir stipriai paremtų katastrofinio
    visatos atsiradimo idėją.
  • Kvazarai yra galaktikų protospiečiai (objektai, iš kurių evoliucijos eigoje atsirado galaktikos ir jų spiečiai).

Kvazarus mes matome tokius, kokie jie buvo prieš milijardus metų, kadangi tai vieni iš tolimiausių objektų. Mokslininkai juos aptinka tik todėl, kad šviesos greitis taip pat ribotas – ne paslaptis, kad ir Saulę mes matome tokią, kokia ji buvo prieš porą minučių. Kvazarų dėka astronomai gali žvilgtelėti į Visatos jaunystę ar net kūdikystę, kai šie objektai Visatoje buvo įprasta reiškinys – jie rodo tokį vaizdą, koks buvo būdingas ankstyvajai Visatai. Kol kas toliausiai rasti kvazarai yra už daugiau nei 14 mlrd. šviesmečių nuo mūsų. Atitinkamai tai reiškia, kad Visatai yra mažiausiai 14 mlrd. metų.

Deja, į daugybę su kvazarais susijusių klausimų nėra atsakyta – pvz., kokiu būdu jie susidaro ir kodėl jie egzistavo tik ankstyvuoju Visatos plėtimosi laikotarpiu (nė vieno kvazaro nėra likę arti mūsų Galaktikos)? Kodėl didžiulės čiurkšlės būdingos tik daliai kvazarų? Gal juodosios bedugnės egzistuoja daugumos ar net visų galaktikų centruose, bet ne visur ir ne visada jos rodo savo nagus? Neįminus kvazarų mįslių, neįmanoma suprasti galaktikų evoliucijos.

Šiais laikais kvazarai padeda astronomams ieškoti naujų galaktikų. Jei tarp kvazaro ir Žemės yra galaktika, ji sugeria dalį kvazaro šviesos. Dėl to specialiose nuotraukose tokie kvazarai atrodo patamsėję. Kvazaras tarnauja kaip signalinis žibintas, rodantis, kur reikia ieškoti. Tiesa, prieš tai tenka atskirti kvazaro ir galaktikos šviesas – kitu atveju jų spindėjimas būtų užgožtas.

Spėjama esant ryšio tarp kvazarų ir tamsiosios materijos. Pradžioje materija (tiek matoma, tiek tamsioji) buvo daugmaž vienodai pasiskirsčiusi, tačiau bėgant laikui koncentravosi atskirose vietose. Tose tamsiosios materijos sankaupose ir susidarė kvazarai. Ta tamsioji materija yra hipotetinė substancija, kuri nesąveikauja su fotonais ir todėl nefiksuojama mūsų prietaisų. Manoma, kad ji sudaro 90% visos materijos. Gali būti, kad didesnės jos dalies sandara nėra barioninė (t.y., ne iš elementariųjų dalelių).

Iki šiol astronomams yra pavykę aptikti daugiau kaip 100 000 kvazarų. Iš žinomų kvazarų didžiausią raudonąjį poslinkį z=4.9 turi kvazaras PC 1247+3406 Skalikų žvaigždyne. Šis kvazaras tolsta nuo mūsų 283 000 km/s greičiu arba 94.4% šviesos greičio. Artimiausias mums kvazaras yra PKS 2349-01 už 1,5 milijardo šviesmečių.

Labiausiai nutolęs kvazaras yra CFHQS J2329-0301, kurio z (raudonasis poslinkis) yra lygus 6,43. Atstumas iki jo yra apie 13 milijardų šviesmečių. Susiformuoti jis turėjo apie 870 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Šis kvazaras aptiktas 2007 metais. Nuo jo nedaug atsilieka SDSS J114816.64+525150.3, kurio z=6.419.

209-me Amerikos astronomų draugijos suvažiavime grupė JAV ir Šveicarijos mokslininkų paskelbė atradusi
pirmą kvazarų tripletą istorijoje. Šie labai arti vienas kito esantys kvazarai nuo mūsų yra apie 10.5 milijardų šviesmečių nuotolyje Mergelės žvaigždyno kryptimi. Iš šimto tūkstančių iki šiol žinomų kvazarų atrastos tik kelios dešimtys dvinarių sistemų, tačiau kvazarų tripletas atrastas pirmą kartą. Kvazarą LBQS 1429-008 1989 m atrado tarptautinė astronomų grupė, vadovaujama Paul Hewett iš Kembridžo astronomijos instituto Anglijoje. Jie pastebėjo ir blausesnį kvazaro palydovą, tačiau iš pradžių palaikė jį gravitacinio lęšio sukurtu pagrindinio kvazaro vaizdu (kosminiu miražu). D. Djorgovskio vadovaujama grupė greta atrado trečiąjį, blyškiausią kvazarą. Visų trijų kvazarų raudonieji poslinkiai yra tokie patys, reiškia, kad jie yra vienodame atstume nuo Saulės. Nerasta jokios masyvios galaktikos ar galaktikų spiečiaus, kuris sugebėtų užlenkti šviesą. Be to, tarp šių trijų kvazarų užfiksuoti nežymūs skirtumai, kuriuos įmanoma paaiškinti, jei kvazarai būtų fiziškai atskirti objektai, o ne gravitacinio lęšio sukurti atvaizdai. Tieji kvazarai vienas nuo nutolę 100000-150000 šviesmečių atstumu, kuris prilygsta Paukščių Tako dydžiui.

IRAS 18508-7815 priklauso vadinamiesiems „geležiniams“ kvazarams, kadangi jo emisijos linijos kyla iš žemos jonizacijos geležies.

QSO J1819+3845 (Q1817+387) yra labiausiai kintamumu pasižymintis kvazaras (kalbant apie radijo bangas).

Dvynių kvazaras (Dvigubas kvazaras), arba Q0957+561 (QSO 0957+561), slapstosi Didžiųjų Grįžulo Ratų ribose. Jo raudonasis poslinkis z lygus 1.413. Nuo mūsų jį skiria 2 400 000 000 parsekų. Iš tiesų šis kvazaras yra vienas, bet dėl gravitacinio lęšio išdaigų atrodo kaip du. Yra tikimybė, kad netoli jo skrieja toliausiai nuo Žemės žinoma planeta. Manoma, kad šio kvazaro radijo bangas sukelia ne juodoji skylė, bet kažkoks kitas kompaktiškas objektas.

Įdomus objektas yra HE0450-2958. kartais jis vadinamas „kvazaru be namų“. Šis per 3 000 000 000 šviesmečių nutolęs ir spindintis 400 000 000 saulių šviesa objektas neturi jokios galaktikos. Jis ribojasi su dujiniu debesimi, kuris turbūt duoda „maisto“ supermasyviai juodajai skylei. Yra tikimybė, kad HE0450-2958 galėjo būti tamsioji galaktika, vėliau pavirtusi kvazaru.

HE0450-2958

Kvazaro šerdyje glūdi gigantiška juodoji skylė, kurios masė prilygsta milijardams mūsų Saulės masių. Juodoji skylė siurbia aplink ją susikaupusius milžiniškus dujų kiekius. Įkaitusios dujos skleidžia milžinišką spinduliavimą. Paprastai naudojamas modelis, vaizduojantis, kaip itin masyvi juodoji bedugnė galaktikos centre, į kurią dideliu greičiu krinta aplinkinė medžiaga, sudarydama akrecijos diską. Tas modelis paaiškina visas stebimas kvazarų savybes: mažus matmenis, labai stiprų spinduliavimą įvairiomis bangomis (krintant medžiagai į juodąją bedugnę gali išsiskirti energija, lygi maždaug 10% medžiagos rimties energijos), netvarkingą spinduliavimo kitimą (medžiaga krinta į bedugnę netolygiai), čiurkšles, sklindančias iš kai kurių kvazarų ir kt.

Atrodo, aktyviųjų galaktikų branduoliai elgiasi priešingai, negu turi elgtis juodoji bedugnė - jie sukelia stiprų spinduliavimą ir plazmos čiurkšles. Prieštaravimą nesunku paaiškinti - spinduliuoja ne pati juodoji bedugnė, o į ją krintanti aplinkinė medžiaga, kurios gausu galaktikos centre. Matyt, ta medžiaga, kaip įprasta kosmose, sukasi, todėl ji su pagreičiu krinta į bedugnę spirale ir sudaro aplink juodąją bedugnę vadinamąjį akrecijos diską, kurio medžiaga, krisdama į bedugnę, didina jos masę. Disko dalelės, judėdamos didžiuliais greičiais, susiduria vienos su kitomis, subyra į elektringąsias daleles, šios sukuria labai stiprius elektrinius ir magnetinius laukus, tad plazmos diskas, ypač jo vidinė dalis, spinduliuoja įvairias elektromagnetines bangas. Kadangi jos negali prasibrauti pro labai tankų ir storą diską, tai fotonų ir greitų dalelių srautų didžioji dalis išlekia disko ašigalių kryptimis - tokiu būdu ir susidaro čiurkšlės.

Kvazarai turi giminaičių. Pavyzdžiui, mažesnieji jų pusbroliai vadinami mikrokvazarais. Taip jie pavadinti, kadangi turi panašumų su kvazarais – jų intensyvios bei plačios emisijos linijos ir akrecijos diskas, supantis kažkokį kompaktišką objektą (juodąją skylę arba neutroninę žvaigždę). Tiesa, jei kvazarų juodosios skylės yra supermasyvios, tai mikrokvazaruose jos teturi keletą saulės masių. Mikrokvazarų akrecijos diskai itin aktyviai švyti optinėse bei Rentgeno nuotraukų srityse. Žinomiausi mikrokvazarai yra SS 433, GRS 1915+105, labai ryškus Cygnus x-1 ir itin gama spindulių ruože švytintis LS I +61 303.

Blazarai (lacertidės) yra labai kompaktiški it labai kintančios energijos šaltiniai. Blazarų prototipas yra Driežo BL objektas, kurio ryškis kinta nuo 12.5 iki 16.5, o nuotolis nuo Saulės ~840 mln. šm. Pirmą kartą blazarais šie objektai pavadinti 1978 metais astronomo Ed Spiegel. Iš pradžių jie buvo priskirti mūsų Galaktikos kintamųjų žvaigždžių grupei, bet vėliau paaiškėjo, kad tai už Galaktikos ribų esantys objektai, savo savybėmis užimantys tarpinę padėtį tarp Seiferto galaktikų ir kvazarų. 1962 metais atrastas 3C 273, identifikuotas kaip kvazaras, tuo pačiu buvo ir blazaras. Kiti žinomesni blazarai yra PKS 2155-304, Markarian 421 ir Markarian 501.

Blazarai panašūs į žvaigždes, o jų šviesis sparčiai kinta, kartais net keliais ryškiais. Spektre beveik nėra nei emisijos, nei absorbcijos linijų. Tai verčia manyti, kad jų branduoliuose absoliučiai nėra dujų. Sprogimo metu blazarai skleidžia ~1041 W galią.

Manoma, kad blazarai ir kvazarai yra giminingos fizinės prigimties. Kvazaras atrodo kaip blazaras, jei jo išmetamų elektringų dalelių čiurkšlė nukreipta tiesiai į mus.Yra pakankamai įrodymų, kad Seiferto galaktikos, kvazarai ir Driežo BL objektai yra skirtingos tos pačios rūšies objektų evoliucijos stadijos (arba to paties reiškinio vyksmas skirtingu masteliu).

Blazarai – ne vienarūšė grupė, juos galima padalinti į labai kintančius (OVV) ir Driežo BL objektus. Taip pat patinkama ir tarpinių objektų, kurie turi savybių, būdingų ir OVV, ir Driežo BL objektams. OVV yra labai galingi radijo šaltiniai, tuo tarpu Driežo BL`ai – silpnesni.

Manoma, kad blazarai, kaip ir kvazarai, sudaryti iš supermasyvių juodųjų skylių.

Rodyk draugams

No comments yet. Be the first.

Rašyk komentarą