Квазар - это что такое?

Термин образован сочетанием двух слов - quasistellar (похожий на звезду) и radiosource (радиоизлучение). Подразумевается, что квазар - это квазизвездный источник радиоизлучения.

Маяки Вселенной

С момента обнаружения первых квазаров прошло уже более полувека. Число известных объектов назвать сложно из-за отсутствия четких разграничений между квазарами и остальными типами галактик с активными ядрами. Если в конце ХХ века было известно около 4000 подобных объектов, то на сегодняшний день их количество приближается к 200 тыс. Кстати, первичное мнение, что все квазары являются мощным источником радиоизлучения, оказалось ошибочным, - лишь сотая часть всех объектов соответствует этому требованию.

Самый яркий и ближайший к Солнечной системе квазар (3С273, открыт одним из первых) находится на расстоянии 3 млрд световых лет. Излучение от наиболее удаленного (РС1247+3406) проходит путь к земному наблюдателю за 13,75 млрд лет, что приблизительно равно возрасту Вселенной, т. е. сейчас мы его видим таким, каким он был в момент Большого взрыва. Квазар - это самый удаленный наблюдаемый объект безграничного космического пространства.

Неправильное излучение

Ученых поставил в тупик первый же открытый квазар. Наблюдения и анализ спектра не имели ничего общего ни с одним из известных объектов настолько, что казались ошибочными и нераспознаваемыми. В 1963 году голландский астроном М. Шмидт (Паломарская обсерватория, США), предположил, что спектральные линии просто очень сильно смещены в длинноволновую (красную) сторону. Закон Хаббла позволил по величине красного смещения определить космологическое расстояние до объекта и скорость его удаления, что привело к еще большему удивлению. Удаленность квазара оказалась чудовищной, и при этом он выглядел в телескоп как обычная звезда +13m величины. Сопоставление расстояния со светимостью давало массу объекта в миллиарды масс Солнца, чего даже теоретически не может быть.

Что такое квазар?

К интересным выводам приводит сравнение спектральных характеристик квазаров с данными галактик различных типов. Обнаруживается следующая структура плавного изменения свойств:

• Нормальные галактики (типы Е, SO -радиоизлучение во много раз слабее оптического)- самые близкие, с обычным спектром.
• Эллиптические (тип Е, с четкой спиралевидной формой и отсутствием бело-голубых звезд-гигантов и сверхгигантов).
• Радиогалактики (мощность радиоизлучения до 10⁴⁵ эрг/с).
• Голубые и компактные (удаленные, с большим красным смещением и высокой яркостью).
• Сейфертовские (с активным ядром).
• Лацертиды - мощные источники излучения в активных ядрах некоторых галактик, характеризующиеся высокой переменностью блеска.

Последние удалены на гораздо меньшее расстояние, чем квазары, и вместе с ними образуют класс блазаров. По предположениям ученых, блазары - активные ядра галактик, связанные со сверхмассивными черными дырами.

Пожиратели миров

Как такое может быть? Ведь черная дыра имеет такое сверхмощное гравитационное поле, что его не может покинуть даже свет. А квазар - это самый яркий объект, если учитывать расстояние до него.

Источником электромагнитного излучения выступают гравитационные силы черной дыры, находящейся в центре галактики. Они притягивают попавшие в поле звезды, и разрушают их. Из образовавшегося при этом газа вокруг черной дыры формируется аккреционный диск. Под действием гравитации он сжимается и приобретает высокую угловую скорость, что приводит к сильному разогреву и генерации излучения. Вещество из внутренних областей диска, не поглощенное черной дырой, идет на образование джетов - узконаправленных потоков элементарных частиц с высокой энергией, формирующихся под действием магнитного поля с противоположных полюсов ядра галактики. Длина джетов может лежать в диапазоне от нескольких до сотен тысяч световых лет и зависит от диаметра аккреционного диска объекта.

Точка зрения

Приведенная выше теория - наиболее популярная, объясняющая большую часть наблюдаемых свойств "смертоносных" астрономических тел. Менее распространена версия, что квазар - "зародыш" галактики, формирование которой происходит на наших глазах. Но все ученые единодушны во мнении, что эти объекты - явления оптического характера. Одно и то же тело может идентифицироваться как сейфертовская или радиогалактика, как лацертид или квазар. Значение имеет, под каким углом оно расположено к наблюдателю:

• Если взгляд наблюдателя совпадает с плоскостью аккреционного диска, экранирующего процессы в активном ядре, он видит радиогалактику (в этом случае большая часть излучения лежит в радиодиапазоне).
• Если - с направлением джетов, то блазар с жестким гамма-излучением.

Но, как правило, объект наблюдается под промежуточным углом, при котором принимается большая часть всего излучения.

Динамика свечения

Фундаментальное свойство квазаров - изменение светимости в течение коротких промежутков времени. Благодаря этому вычислили, что диаметр квазара не может быть более 4 млрд км (орбита Урана).

Ежесекундно квазар испускает в пространство в сто раз больше световой энергии, чем вся наша галактика (Млечный путь). Для поддержания такой колоссальной производительности черная дыра ежесекундно должна "проглатывать" планету не меньше Земли. При недостатке вещества интенсивность поглощения ослабевает, функционирование замедляется, блеск квазара ослабевает. После подхода и захвата новых "жертв" светимость приходит в норму.

Недружелюбные соседи

Зная опасные свойства этих мощных источников энергии, остается благодарить мироздание, что они обнаружены лишь на огромном удалении, а в нашей и в ближайших галактиках - отсутствуют. Но нет ли здесь противоречия с Теорией однородности Вселенной? При поисках ответа следует учитывать, что мы наблюдаем эти объекты такими, какими они были миллиарды лет назад. Интересно, а что такое квазар в наше время, сегодня? Астрономы активно обследуют близлежащие космические структуры в поисках бывших, израсходовавших свое "топливо", сверхмощных источников. Ждем результатов.

Известные объекты ученые используют в качестве космологического инструмента для изучения свойств и определения основных этапов эволюции Вселенной. Так, только открытие квазаров позволило сделать выводы об отличии от нуля энергии вакуума, сформулировать основные проблемы поиска темной материи, укрепить уверенность в важном месте черных дыр в формировании галактик и их дальнейшем существовании.

Противоречия. Время покажет

Существует довольно много суждений о том, как устроен и как функционирует квазар. Отзывы специалистов о различных теориях также представлены широким спектром: от ироничных до восторженных. Но есть объекты с рядом свойств, у которых нет возможных объяснений.

• Иногда у одного и того же квазара величина красного смещения отличается в 10 раз, следовательно, объект во столько же раз меняет скорость удаления. Чем не мистика?
• Если при наблюдении двух удаляющихся друг от друга квазаров оценивать расстояние до них по их красному смещению, то скорость, с которой они разбегаются, окажется выше скорости света!

Эти феноменальные результаты получаются, исходя из теории Большого взрыва, вследствии общей теории относительности. Что-то не так с теорией? В общем, квазар - это явление, которое еще ждет своих исследователей!