Kwazar (nauka)

Z encyklopediafantastyki.pl
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
LEKSYKON FANTASTYKI
science


Kwazar (z ang. quasar – quasi-stellar radio source lub też QSO – quasi-stellar object, dosłownie "obiekt gwiazdopodobny emitujący fale radiowe") to zwarte źródło ciągłego promieniowania elektromagnetycznego (głównie radiowego) o ogromnej mocy. W dziedzinie optycznej kwazary przypominają gwiazdy. W rzeczywistości jest to rodzaj centralny obiekt aktywnej galaktyki.

Najbardziej charakterystyczne cechy kwazara.

Spis treści

Odkrycie

Pierwsze zdjęcia kwazarów wykonano jeszcze w XIX wieku, jednak wtedy nikt nie przypuszczał, że obiekty te mogą być czym innym niż zwykłą gwiazdą. Dopiero w latach pięćdziesiątych XX wieku, obserwując niebo za pomocą radioteleskopów, zauważono silną emisję radiową pochodzącą z kwazarów, zaś pierwsze widmo kwazara otrzymano w 1963 roku. Okazało się, że linie emisyjne w jego widmie są silnie przesunięte ku czerwieni. Zgodnie z prawem Hubble'a oznacza to, że kwazary są obiektami niezmiernie oddalonymi nie tylko od Ziemi, ale nawet od naszej Galaktyki. Ich światło, obserwowane dzisiaj, zostało wysłane miliardy lat temu – badanie kwazarów jest więc równocześnie badaniem dawniejszych etapów rozwoju Wszechświata. Pierwszym zidentyfikowanym kwazarem był (najjaśniejszy na naszym niebie) 3C 273 w gwiazdozbiorze Panny, odległy o 2,44 miliarda lat świetlnych.

Struktura

Schemat kwazara. Autor: na podstawie źródeł internetowych L. Błaszkiewicz

Kwazary, ze względu na ich ogromną jasność, muszą mieć bardzo dużą moc promieniowania, rzędu 1041W – taką jak cała galaktyka. Jednocześnie niektóre kwazary zauważalnie zmieniają swoją jasność w czasie rzędu dni, zatem muszą być względnie małymi obiektami, wielkości mniej więcej Układu Słonecznego (obiekt nie może zmienić się w czasie krótszym, niż czas potrzebny światłu na dotarcie z centrum do krańców). Obecnie wiemy, że kwazar jest rodzajem aktywnej galaktyki, a obserwowane światło pochodzi z obszaru jej jądra. Niezwykle silne promieniowanie kwazara powstaje w dysku akrecyjnym masywnej czarnej dziury, znajdującej się w jądrze galaktyki. Gaz i pył, opadające na dysk, rozgrzewają się do ogromnych temperatur i emitują wielkie ilości promieniowania. Także w centrum naszej Galaktyki istnieje źródło emisji radiowej, podczerwonej i rentgenowskiej o nazwie Sgr A*. Jest to masywna czarna dziura, ale nieporównywalnie mniej aktywna – gdyby Droga Mleczna była kwazarem, życie na Ziemi mogłoby nie istnieć. Część kwazarów jest bardzo aktywna na falach radiowych i, oprócz dysku akrecyjnego, ma silne dżety świecące przede wszystkim radiowo, ale także często w zakresie optycznym i rentgenowskim oraz gamma.

Ewolucja

Obecnie znamy już około 100 000 kwazarów. W odległościach mniejszych niż miliard lat świetlnych kwazary występują rzadko. Większość kwazarów jest bardzo odległa, najliczniej występują w odległościach około 10 miliardów lat świetlnych. W jeszcze większych odległościach liczba kwazarów wydaje się maleć, ale poszukiwania najbardziej odległych obiektów są trudne.

Obecnie najodleglejszym znanym kwazarem jest ULAS J1120+0641, który powstał najprawdopodobniej zaledwie 770 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Światło wyemitowane przez niego, które dociera teraz do Ziemi biegło 12,9 mld lat.

Ponieważ świecenie kwazarów jest efektem spływu materii do masywnej czarnej dziury, masa czarnej dziury w kwazarze nieustannie rośnie w trakcie ewolucji. Wyczerpuje się zarazem dostępna materia, i pod koniec ewolucji pozostają masywne czarne dziury w galaktykach, które już nie wykazują silnej aktywności charakterystycznej dla kwazarów. Takie bardzo masywne czarne dziury istnieją w pobliskich galaktykach, na przykład w M87.


Ewolucja kwazarów przebiega w podobnym tempie jak powstawanie gwiazd. Wskazuje to, że ewolucja kwazarów ma ścisły związek z ewolucją gwiazd w galaktykach. Dokładna natura związku pomiędzy centralną czarną dziurą, na którą spada materia, a otaczającą tę czarną dziurę formującą się dopiero galaktyką nie jest jeszcze dobrze poznana, a proces jest zapewne bardzo złożony. Z jednej strony, w otoczeniu czarnej dziury, a precyzyjniej, w otaczającym ją dysku akrecyjnym mogą formować się młode gwiazdy, które rozbłyskują jako gwiazdy supernowe i wzbogacają materię galaktyki w pierwiastki cięższe. Z drugiej strony, silne promieniowanie kwazara oraz wiatr lub dżet towarzyszący aktywnej fazie ogrzewa otoczenie i działa hamująco na tempo powstawania gwiazd w dalszym otoczeniu aktywnego jądra.

Obiekty pokrewne

Galaktyki radiowe (aktywna)

Obraz jednej z najjaśniejszych galaktyk radiowych: Cygnus A. Widać dżety wypływające z jądra (gdzie znajduje się czarna dziura i dysk akrecyjny) oraz tzw. gorące plamy. źródło: Internet.

Galaktyka aktywna to galaktyka, w której energia w znaczącej ilości nie jest emitowana przez jej normalne składniki, czyli: gwiazdy, pył i gaz międzygwiazdowy. Ta część energii, zależnie od typu galaktyki aktywnej, może być emitowana w szerokim zakresie widma elektromagnetycznego jako podczerwień, fale radiowe, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie oraz promieniowanie gamma. Aktywność galaktyki jest wynikiem procesów zachodzących w jej jądrze, stąd często wymiennie używa się określenia "aktywne galaktyki" i "aktywne jądra galaktyk", szczególnie w języku angielskim ("Active galaxies" oraz Active Galactic Nuclei, w skrócie AGN). W części aktywnych galaktyk obserwuje się dżety - strugi materii mogące rozciągać się na bardzo duże odległości, zasilając tym samym rozległe struktury. Kwazary to jedna z form aktywności. Jednakże we wszystkich przypadkach aktywne jądro lub centralny 'silnik' jest fundamentalnym źródłem energii.

Około 10 procent aktywnych galaktyk jest zdecydowanie jaśniejsza w zakresie radiowym niż pozostałe, nazywane w związku z tym radiowo cichymi. Formalnym parametrem opisującym radiową głośność jest stosunek strumienia promieniowania w zakresie fal radiowych do strumienia promieniowania w zakresie optycznym. Badanie rozkładu wartości tych parametrów w bardzo dużej próbce obiektów wykazuje, że ok. 90 procent galaktyk ma radiową głośność w granicach od 0 do 10 (typowa wartość to około 2), po czym 10 procent obiektów ma wartości sięgające z niemal równomiernym rozkładem aż do koło 1000.

Galaktyka radiowa M 87 w Pannie. Złożenie obrazu z Teleskopu Hubble'a oraz z radioteleskopów. W okienku obraz radiowy aktywnegi jądra. źródło: Internet

Radiogalaktyki są heterogeniczną grupą obiektów emitujących promieniowanie radiowe. Większość z nich posiada duże symetryczne płaty, z których pochodzi duża część promieniowania radiowego. Niektóre z nich posiadają dżet bądź dżety (jedna z najbardziej znanych to gigantyczna galaktyka M87 w Gromadzie w Pannie) wychodzące wprost z jądra i podążające do płatów. Spowodowane jest to w głównej mierze zależnością od pozostałych parametrów (jasność i kąt obserwacji), znaczenie może mieć także wiek obiektu.

Galaktyki Seyferta

Galaktyka Seyferta – spiralna bądź nieregularna galaktyka zawierająca niezwykle jasne jądro, którego źródłem jest najprawdopodobniej czarna dziura, która może czasem przebić blaskiem całą otaczającą galaktykę. Emisja światła przez centralne jądro zmienia się w okresie mniejszym niż rok, co oznacza, że obszar emitujący musi mieć średnicę mniejszą niż rok świetlny. Nazwa tego typu galaktyk wywodzi się od astronoma Karla Seyferta, który badał je w latach 40. XX w.

Galaktyki Seyferta należą do podklasy galaktyk aktywnych.

Galaktyki Seyferta charakteryzują się bardzo jasnymi jądrami oraz widmami, w których występują jasne linie emisyjne wodoru, helu, azotu i tlenu. Te linie emisyjne wykazują silne przesunięcia dopplerowskie (zarówno w kierunku fal krótkich, jak i długich, co powoduje, że linie ulegają poszerzeniu), które wskazują na prędkości rzędu 500 do 4000 km/s i uważa się, że miejscem ich podchodzenia są rejony dysku akrecyjnego otaczającego centralną czarną dziurę.

Blazary

Blazar to typ galaktyki aktywnej, której obserwowane widmo promieniowania w znacznej mierze pochodzi od relatywistycznego dżetu skierowanego pod niewielkim kątem w stronę obserwatora. Do klasy blazarów należą niektóre radiowo głośne kwazary oraz lacertydy – obiekty typu BL Lacertae. Nazwa blazar jest kombinacją słowną wyrazów BL Lac i kwazar.

Najdalsze odkryte blazary mają przesunięcie ku czerwieni , a zatem ich światło zostało wyemitowane miliardów lat temu.

Lacertydy

Lacertydy (obiekty typu BL Lacertae, często nazywane ,,BL Lac") – gwiazdopodobne obiekty pozagalaktyczne, charakteryzujące się silnym promieniowaniem w zakresie fal radiowych oraz bardzo szybkimi zmianami jasności i polaryzacji. Podobne cechy wykazuje podgrupa kwazarów – blazary, od których lacertydy odróżnia mniejsze natężenie linii widmowych. Lacertydy uważane są za rodzaj aktywnych jąder galaktyk, których szczególne właściwości spowodowane są skierowaniem strumienia wyrzucanej materii w kierunku obserwatora. Nazwa pochodzi od pierwszego odkrytego obiektu tego typu – BL Lacertae, który znajduje się w gwiazdozbiorze Jaszczurki. Pierwotnie uznano go za gwiazdę zmienną, dopiero w latach 70. XX wieku poznano jego prawdziwą naturę.

Osobiste
Przestrzenie nazw
Warianty
Działania
Nawigacja
Narzędzia
Pomoc
Szablony