Квазары получили такое название потому, что они были похожи на звезды, когда астрономы впервые начали их замечать в конце 1950-х - начале 60-х годов. Но квазары не являются звездами. Сейчас ученые знают, что это молодые галактики, расположенные на огромных расстояниях от нас, причем их число увеличивается по направлению к краю видимой Вселенной. Как же они могут находиться так далеко и при этом быть видимыми? Ответ заключается в том, что квазары очень яркие, до 1000 раз ярче нашей галактики Млечный Путь. Поэтому мы знаем, что они очень активны и испускают поразительное количество излучения во всем электромагнитном спектре.
Поскольку они находятся на большом расстоянии, мы видим эти объекты такими, какими они были во времена молодости нашей Вселенной. Самым старым квазаром в настоящее время является J0313-1806. Его расстояние составляет примерно 13,03 млрд. световых лет, и поэтому мы видим его таким, каким он был всего через 670 млн. лет после Большого взрыва.
В настоящее время астрономы считают, что квазары - это чрезвычайно светящиеся центры галактик, находящихся в стадии становления. После десятилетий интенсивного изучения у нас появился еще один термин для обозначения этих объектов: квазар - это тип активного галактического ядра, или AGN. На самом деле существует множество различных типов AGN, каждый из которых имеет свою собственную историю. Теоретически интенсивное излучение, испускаемое AGN, приводит в движение сверхмассивную черную дыру в его центре. Излучение исходит от вещества аккреционного диска, окружающего черную дыру, когда оно перегревается до миллионов градусов в результате сильного трения, возникающего при бесчисленных столкновениях частиц пыли, газа и другого вещества в диске друг с другом.
Завихрение вещества в аккреционном диске сверхмассивной черной дыры, то есть в центре квазара, происходит в результате столкновения частиц, которые отскакивают друг от друга и теряют импульс. Этот материал был получен из огромных облаков газа, состоящих в основном из молекулярного водорода, которые заполнили Вселенную в эпоху, наступившую вскоре после Большого взрыва.
Таким образом, располагаясь в ранней Вселенной, квазары имели огромный запас вещества, которым они могли питаться.
При нагреве вещества аккреционного диска квазара/черной дыры возникают радиоволны, рентгеновское, ультрафиолетовое и видимое излучение. Квазар становится настолько ярким, что способен затмить целые галактики. Но помните... квазары находятся очень далеко. Они настолько далеки от нас, что мы наблюдаем только активное ядро, или сердцевину, галактики, в которой они находятся. Мы не видим ничего, кроме яркого центра галактики. Это все равно что видеть ночью фары далекого автомобиля: вы не можете понять, на какой автомобиль смотрите, поскольку все, кроме фары, находится в темноте.
С другой стороны, существуют галактики, которые не относятся к классу квазаров, но имеют яркие активные центры, в которых мы можем наблюдать остальную часть галактики. Примером такого типа AGN является галактика Сейферта, названная так в честь покойного астронома Карла Кинана Сейферта, который первым их обнаружил.
Сейфертовские галактики составляют около 10% всех галактик во Вселенной. Их не относят к квазарам, поскольку они гораздо моложе и имеют четко выраженную структуру. Квазаросодержащие галактики молоды и бесформенны.
Но только подумайте, какое количество энергии требуется для того, чтобы осветить объект настолько, чтобы он стал виден в радиоволнах из самых дальних уголков Вселенной. Это все равно, что моряк может увидеть далекий маяк через весь океан. Квазары могут излучать энергию, в тысячу раз превышающую суммарную светимость около 200 млрд. звезд нашей галактики Млечный Путь. Типичный квазар в 27 триллионов раз ярче нашего Солнца! Замените Солнце на небе квазаром, и его невероятная яркость мгновенно ослепит вас.Если поместить квазар на расстояние до Плутона, то за пятую долю секунды он превратит в пар все океаны Земли.
Астрономы полагают, что большинство, если не все, крупные галактики в юности, вскоре после своего образования, прошли через так называемую "квазарную фазу". Если это так, то их яркость уменьшалась, когда заканчивалось вещество для питания аккреционного диска, окружающего их сверхмассивные черные дыры. После этой эпохи галактики переходят в состояние покоя, а их центральные черные дыры испытывают недостаток вещества для питания. Однако было замечено, что черная дыра в центре нашей галактики кратковременно вспыхивает, когда в нее попадает пролетающее мимо вещество, испуская радиоволны и рентгеновское излучение. Вполне возможно, что черная дыра может разрывать на части целые звезды и поглощать их, когда они пересекают ее горизонт событий - точку невозврата.
Следует, однако, помнить, что наши знания об эволюции галактик - от юного квазара до покоящейся галактики среднего возраста - далеко не полны. Галактики часто представляют собой исключения, и в качестве примера можно привести наш собственный Млечный Путь. Например, мы знаем, что 3,5 млн. лет назад в центре нашей галактики произошел гигантский взрыв, известный как вспышка Сейферта.
По всей видимости, в центре Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, образовались две огромные полосы перегретой плазмы, простирающиеся примерно на 25 тыс. световых лет от северного и южного галактических полюсов. Ученые называют эти огромные доли пузырями Ферми, и сегодня они видны в гамма- и рентгеновском диапазонах волн (электромагнитное излучение очень высокой частоты).
Таким образом, астрономы продолжают изучать особенности эволюции галактик.
История квазаров была непростой для астрономов. Первые открытия в конце 1950-х годов были сделаны астрономами с помощью радиотелескопов. Они увидели звездоподобные объекты, излучающие радиоволны (отсюда - квазизвездные радиообъекты), но не видимые в оптические телескопы. Их сходство со звездами, яркость и малый угловой диаметр по понятным причинам заставили астрономов того времени предположить, что перед ними объекты нашей собственной галактики. Однако изучение радиоспектров этих объектов показало, что они более загадочны, чем предполагалось.
Многие ранние наблюдения квазаров, включая наблюдения 3C48 и 3C273, первых двух открытых квазаров, были проведены в начале 1960-х годов британско-австралийским астрономом Джоном Болтоном. Его и его коллег озадачило то, что квазары не были видны в оптические телескопы. Они хотели найти так называемые "оптические двойники" квазаров, то есть квазары, которые были бы видны в телескоп, а не обнаруживались только с помощью радиоприборов.
В то время астрономы просто не знали, что квазары очень далеки, слишком далеки, чтобы их оптические аналоги могли быть видны с Земли в то время, несмотря на то, что они являются яркими по своей природе объектами. Но в 1963 году астрономы Аллан Сэндейдж и Томас Мэтьюс обнаружили то, что искали: тусклую голубую звезду в месте расположения известного квазара. Ее спектр привел их в недоумение. Он не был похож ни на что, виденное ими ранее. Они не могли понять, что это такое.
Затем, используя 200-дюймовый (5 м) телескоп Хейла, Болтон и его сотрудники наблюдали квазар 3C273, проходящий за Луной. Эти наблюдения также позволили получить спектры. И снова спектры выглядели странно: в них были видны неузнаваемые эмиссионные линии. Эти линии позволяют астрономам определить, какие химические элементы присутствуют в исследуемом объекте. Но спектральные линии квазара были бессмысленными и, казалось, указывали на элементы, которых в нем быть не должно.
Астроном Маартен Шмидт, изучив странные эмиссионные линии в спектрах квазаров, предположил, что астрономы видят обычные эмиссионные линии, сильно смещенные в красную часть электромагнитного спектра.
И вот они получили ответ. Красное смещение обусловлено огромным расстоянием до квазара. Свет, растянутый расширением Вселенной во время своего долгого пути к нам от края видимого космоса, выглядит гораздо более красным.
Но если бы квазары действительно находились так далеко, как на краю видимой Вселенной, как бы они могли генерировать такое большое количество энергии? Еще в 1964 г. даже существование черных дыр вызывало жаркие споры. Многие ученые считали их не более чем математическими уродцами, поскольку в реальной Вселенной они, конечно же, существовать не могут.
Поэтому споры о природе квазаров продолжались до 1970-х годов, когда новое поколение телескопов земного и космического базирования убедительно доказало, что квазары действительно находятся на огромных расстояниях, что мы наблюдаем галактики, когда они были молодыми, что квазарная стадия - это естественный этап их роста. Теперь, когда черные дыры наконец-то стали рассматриваться всерьез, астрономы смогли смоделировать почти непостижимую силу, стоящую за квазарами: сверхмассивные черные дыры, поглощающие огромное количество газа и излучающие в результате этого огромное количество энергии в различных диапазонах спектра.
Эта модель объясняет, почему квазары находятся на краю видимой Вселенной и почему мы не видим их ближе: потому что квазары - это молодые галактики, наблюдаемые вскоре после их образования в ранней Вселенной.
Изучение квазаров и вообще активных галактических ядер продвинулось далеко вперед, но мы еще многого не понимаем. . Практически невозможно осознать количество энергии, генерируемой двигателями черных дыр в сердцах квазаров, этих монстров в темноте. Не менее трудно понять, насколько они далеки от нас.