Кваза́р (англ. quasar) — класс астрономических объектов, являющихся одними из самых ярких (в абсолютном исчислении) в видимой Вселенной. Английский термин quasar образован от слов quasi-stellar («квазизвёздный» или «похожий на звезду») и radiosource («радиоисточник») и дословно означает «похожий на звезду радиоисточник»[1].
У этого термина существуют и другие значения, см. Квазар (значения).
Галактика NGC 4319 и квазар Маркарян 205
Компактный квазар называется блазар[2].
По современным представлениям, квазары представляют собой активные ядра галактик на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее вещество, формируя аккреционный диск. Он и является источником излучения, исключительно мощного (иногда в десятки и сотни раз превышающего суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша) и имеющего помимо космологического гравитационное красное смещение, предсказанное А. Эйнштейном в общей теории относительности (ОТО)[3][4][5].
Квазары были обнаружены как объекты с большим красным смещением, имеющие электромагнитное излучение (включая радиоволны и видимый свет) и настолько малые угловые размеры, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» — звёзд (напротив, протяжённые источники больше соответствуют галактикам[6]; звёздная величина самого яркого квазара +12,6). Следы родительских галактик вокруг квазаров (причём далеко не всех) были обнаружены лишь позднее.
Квазары обнаруживаются на очень широком диапазоне расстояний, и исследования по обнаружению квазаров показали, что в далеком прошлом активность квазаров была более распространенной. Пик эпохи квазарной активности был примерно 10 миллиардов лет назад[7].
Квазары называют маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний[8][9][10][11] (вплоть до красного смещения, превышающего z = 7,5)[12][13], по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода развёртываются в лес линий по красному смещению поглощающих облаков[14]. Ввиду большой удалённости квазары, в отличие от звёзд, выглядят практически неподвижными (не имеют параллакса), поэтому радиоизлучение квазара используется для высокоточного определения с Земли параметров траектории автоматической межпланетной станции[15].
По состоянию на конец 2023 года наиболее удалённым обнаруженным квазаром является UHZ1 с красным смещением 10,1[16][17][18][19]. Свет, наблюдаемый от этого квазара, был испущен, когда Вселенной было всего 470 миллионов лет. Сверхмассивная чёрная дыра в этом квазаре, оценённая в 40 миллионов солнечных масс, является самой отдалённой чёрной дырой, обнаруженной на сегодняшний день.
В январе 2019 года было объявлено об обнаружении самого яркого квазара — его яркость оценивается в 600 трлн солнечных[20]. Квазару присвоено имя J043947.08+163415.7, расстояние до объекта составляет примерно 12,8 млрд световых лет (красное смещение z = 6,51[21])[22][23].
История квазаров началась с проводимой радиообсерваторией «Джодрелл-Бэнк» программы измерений видимых угловых размеров радиоисточников.
Первый квазар, 3C 48, был обнаружен в конце 1950-х годов Алланом Сэндиджем и Томасом Метьюзом во время радиообзора неба. В 1963 году было известно уже 5 квазаров. Новый тип объектов объединяли некоторые аномальные свойства, которые на тот момент не могли быть объяснены. Они испускали большое количество излучения широкого спектра, но большая их часть оптически не обнаруживалась, хотя в некоторых случаях удавалось идентифицировать слабый и точечный объект, похожий на далёкую звезду. Спектральные линии, которые идентифицируют химические элементы, из которых состоит объект, тоже были чрезвычайно странными и не поддавались разложению на спектры всех известных на тот момент элементов и их различных ионизированных состояний.[источник не указан 646 дней]
История квазаров началась с проводимой радиообсерваторией «Джодрелл-Бэнк» программы измерений видимых угловых размеров радиоисточников.
Первый квазар, 3C 48, был обнаружен в конце 1950-х годов Алланом Сэндиджем и Томасом Метьюзом во время радиообзора неба. В 1963 году было известно уже 5 квазаров. Новый тип объектов объединяли некоторые аномальные свойства, которые на тот момент не могли быть объяснены. Они испускали большое количество излучения широкого спектра, но большая их часть оптически не обнаруживалась, хотя в некоторых случаях удавалось идентифицировать слабый и точечный объект, похожий на далёкую звезду. Спектральные линии, которые идентифицируют химические элементы, из которых состоит объект, тоже были чрезвычайно странными и не поддавались разложению на спектры всех известных на тот момент элементов и их различных ионизированных состояний.[источник не указан 646 дней]
Квазары находятся в центре активных галактик и являются одними из самых ярких объектов, известных во Вселенной, излучая в тысячу раз больше энергии, чем Млечный Путь, который содержит от 200 до 400 миллиардов звезд. Болометрическая (интегральная по всему спектру) светимость квазаров может достигать 1046—1047 эрг/с[42]. В среднем, квазар производит примерно в 10 триллионов раз больше энергии в секунду, чем наше Солнце (и в миллион раз больше энергии, чем самая мощная известная звезда), и обладает переменностью излучения во всех диапазонах длин волн[24]. Спектральная плотность излучения квазара распределена почти равномерно от рентгеновских лучей до дальнего инфракрасного диапазона с пиком в ультрафиолетовом и видимом диапазонах, причем некоторые квазары также являются сильными источниками радиоизлучения и гамма-излучения. С помощью изображений высокого разрешения, полученных с наземных телескопов и космического телескопа Хаббла, в некоторых случаях были обнаружены «галактики-хозяева», окружающие квазары[29]. Эти галактики обычно слишком тусклые, чтобы их можно было увидеть на ярком свете квазара. Средняя видимая звёздная величина большинства квазаров мала и их нельзя увидеть с помощью небольших телескопов. Исключением выступает объект 3C 273, видимая звёздная величина которого составляет 12,9.
Механизм излучения квазаров известен: аккреция вещества в сверхмассивных чёрных дырах, находящихся в ядрах галактик. Свет и другое излучение не могут покидать область внутри горизонта событий чёрной дыры, но энергия, создаваемая квазаром, генерируется снаружи, когда под действием гравитации и огромного трения (из-за вязкости газа в аккреционном диске) падающее в чёрную дыру вещество нагревается до очень высоких температур. При данном механизме в энергию излучения может преобразовываться от 6 % до 32 % массы объекта, что, например, на порядок превосходит величину 0,7 % для процесса термоядерного синтеза в протон-протонном цикле, который превалирует в звёздах, похожих на Солнце. Центральные массы квазаров были измерены с помощью реверберационного картирования и находятся в диапазонах от 105 до 109 солнечных масс. Подтверждено, что несколько десятков близлежащих крупных галактик, в том числе наша собственная галактика Млечный Путь, которые не имеют активного центра и не проявляют никакой активности, подобной квазарам, содержат в своих ядрах подобную сверхмассивную чёрную дыру (центр галактики). Таким образом, теперь считается, что хотя все большие галактики имеют чёрную дыру такого типа, но только небольшая часть имеет достаточное количество вещества в её окрестности, чтобы стать активной и излучать энергию таким образом, чтобы её можно было рассматривать как квазар[43].
Это также объясняет, почему квазары были более распространены в ранней Вселенной, поскольку выделение энергии заканчивается, когда сверхмассивная чёрная дыра поглощает весь газ и пыль около неё. Это означает, возможно, что большинство галактик, включая Млечный Путь, прошли свою активную стадию, выглядя как квазар или какой-то другой класс активной галактики, которые зависели от массы чёрной дыры и скорости аккреции, и теперь находятся в состоянии покоя, потому что им не хватает вещества в ближайших окрестностях для генерации излучения. Для нашей Галактики есть свидетельства активности чёрной дыры в прошлом, например пузыри Ферми[44][45].
Вещество, накапливающееся около чёрной дыры, вряд ли попадет непосредственно в неё, но из-за некоторого изначального момента импульса вещество будет накапливаться в аккреционном диске, причём благодаря закону сохранения момента количества движения чем ближе оно к чёрной дыре, тем выше скорости вращения, фактически приближаясь к скорости света. Квазары также могут повторно зажечься, когда обычные галактики сливаются и окрестности чёрной дыры наполняются свежим источником вещества. Было высказано предположение, что квазар может образоваться после столкновения соседней галактики Андромеды с нашей собственной галактикой Млечный Путь примерно через 3-5 миллиардов лет[46][47][48].
Вариации блеска
править
Многие квазары меняют свою светимость в коротких промежутках времени. Это является, по-видимому, одним из фундаментальных свойств квазаров (кратчайшая вариация с периодом t ≈ 1 ч, максимальные изменения блеска — в 50 раз). Поскольку размеры переменного по блеску объекта не могут превышать сt (с — скорость света, t — период переменности)[49], размеры квазаров (или их активных частей) очень малы — порядка световых часов.
Scranton et al., Detection of Cosmic Magnification with the Sloan Digital Sky Survey. The Astrophysical Journal, 2005, v. 633, p. 589.
Gregory A. Shields. A Brief History of Active Galactic Nuclei (англ.) // Publications of the Astronomical Society of the Pacific. — 1999-6. — Vol. 111, iss. 760. — P. 661—678. — ISSN 1538-3873 0004-6280, 1538-3873. — doi:10.1086/316378. Архивировано 9 февраля 2021 года.
S. Chandrasekhar. The Dynamical Instability of Gaseous Masses Approaching the Schwarzschild Limit in General Relativity (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1964-8. — Vol. 140. — P. 417. — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357. — doi:10.1086/147938. Архивировано 16 июля 2019 года.
Jesse L. Greenstein, Maarten Schmidt. The Quasi-Stellar Radio Sources 3c 48 and 3c 273 (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1964-7. — Vol. 140. — P. 1. — ISSN 1538-4357 0004-637X, 1538-4357. — doi:10.1086/147889. Архивировано 28 апреля 2019 года.
G. K. Gray. Quasars and Antimatter (англ.) // Nature. — 1965-04. — Vol. 206, iss. 4980. — P. 175. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/206175a0. Архивировано 6 августа 2020 года.
Haven, Kendall F. That's weird! : awesome science mysteries. — Golden, Colo.: Fulcrum Resources, 2001. — xii, 244 pages с. — ISBN 1555919995, 9781555919993.
Santilli, Ruggero Maria, 1935-. Isodual theory of antimatter : with applications to antigravity, grand unification and cosmology. — Dordrecht: Springer, 2006. — 1 online resource (xvi, 329 pages) с. — ISBN 9781402045189, 1402045182, 1402045174, 9781402045172, 1280616806, 9781280616808, 6610616809, 9786610616800.
Дибай, 1986, с. 295.
Tiziana Di Matteo, Volker Springel, Lars Hernquist. Energy input from quasars regulates the growth and activity of black holes and their host galaxies (англ.) // Nature. — 2005-02-10. — Vol. 433, iss. 7026. — P. 604—607. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/nature03335. Архивировано 28 марта 2019 года.
Fermi Gamma-ray Space Telescope: Exploring the Extreme Universe. fermi.gsfc.nasa.gov. Дата обращения: 4 мая 2023. Архивировано 4 мая 2023 года.
«Пузыри Ферми» • Картинка дня. «Элементы». Дата обращения: 4 мая 2023. Архивировано 4 мая 2023 года.
D. E. Thomsen. End of the World: You Won't Feel a Thing // Science News. — 1987-06-20. — Т. 131, вып. 25. — С. 391. — doi:10.2307/3971408. — JSTOR 3971408. Архивировано 28 ноября 2020 года.
GALAXY FÜR DEHNUNGSSTREIFEN (нем.). Дата обращения: 17 июля 2019. Архивировано 17 июля 2019 года.
Wayback Machine. web.archive.org (2 февраля 2010). Дата обращения: 17 июля 2019. Архивировано 2 февраля 2010 года.
ЛИТЕРАТУРА.
Каплан С. А., Дибай Э. А. Размерности и подобие астрофизических величин. — М.: Наука, 1976. — С. 82—85. — 399 с. Архивировано 4 мая 2023 года
Вильковиский Э. Я. Квазары и активность ядер галактик — М.: Наука, 1985. — 176 с. — (Проблемы науки и технического прогресса).
Даукурт Г. Что такое квазары? — Киев: Радяньска школа, 1985. — 131 с.
Квазары / Дибай Э. А. // Физика космоса: Маленькая энциклопедия / Редкол.: Р. А. Сюняев (Гл. ред.) и др. — 2-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1986. — С. 295—296. — 783 с. — 70 000 экз.
K. I. Kellermann. The Discovery of Quasars (англ.) // Bulletin of the Astronomical Society of India. — 2013. — arXiv:1304.3627.
П.С. Озмер. Квазары - зонды удаленных областей и ранних стадий нашей Вселенной // В мире науки (Scientific American). — 1983. — Январь. — С. 6—15
Спасибо за внимание.😊
Я старался.