Квазары — сверхъяркие ядра галактик¶
Квазар (от англ. quasi-stellar object, «квазизвёздоподобный объект») — сверхъяркий компактный астрономический источник в центре далёкой галактики, энергия которого обусловлена аккрецией вещества на сверхмассивную чёрную дыру. Квазары относятся к классу активных ядер галактик (АЯГ) и являются одними из самых мощных источников энергии во Вселенной: светимость квазара может в тысячи и миллионы раз превышать суммарную светимость всей галактики, в которой он расположен. Первый квазар был открыт в 1963 году, а к концу XX века их было известно уже несколько сотен тысяч.
¶История открытия
Первым квазаром, идентифицированным как таковой, стал объект 3C 273 в созвездии Девы. В 1960 году радиоастрономы обнаружили в нём мощный радиоисточник, а в 1962 году Мартин Шмидт (Maarten Schmidt) установил, что оптический спектр этого объекта смещён в красную сторону на z ≈ 0,158, что соответствовало расстоянию около двух миллиардов световых лет. Такое огромное расстояние при столь высокой наблюдаемой яркости означало, что источник должен обладать светимостью, несравнимой с обычными звёздами, — отсюда и название «квазизвёздоподобный объект».
В 1960-е годы было открыто множество подобных объектов. Сначала предполагалось, что это звёзды в нашей Галактике, затем — сверхновые в других галактиках. Лишь после измерения красных сдвигов стало ясно, что квазары находятся на космологических расстояниях и являются ядрами далёких галактик, а не отдельными звёздными системами.
¶Природа и устройство
Современная модель объясняет квазар сверхмассивной чёрной дырой массой от миллионов до миллиардов солнечных масс, на которую падает вещество окружающей среды. При аккреции газ разогревается до температур в миллионы кельвинов и излучает энергию в широком диапазоне — от радиоволн до рентгеновского и гамма-излучения. КПД аккреции на чёрную дыру может достигать 40 % (для вращающихся чёрных дыр), что делает этот процесс одним из самых эффективных преобразований энергии во Вселенной.
Структура квазара включает несколько компонентов:
- Сверхмассивная чёрная дыра — центральный объект, определяющий массу и энергетику системы.
- Аккреционный диск — вращающийся диск газа, нагревающийся за счёт вязкого трения и гравитационного сжатия.
- Область излучения — горячее газовое облако («корона»), генерирующее жёсткое рентгеновское излучение.
- Релятивистские струи — узкие потоки плазмы, выбрасываемые вдоль оси вращения чёрной дыры со скоростями, близкими к скорости света. Именно они порождают мощные радиоизлучения и могут простираются на сотни тысяч световых лет.
- Область широких линий — газовые облака, излучающие характерные эмиссионные линии, по смещению которых определяется красный сдвиг.
¶Классификация
Квазары классифицируют по нескольким признакам:
| Признак | Варианты |
|---|---|
| Спектральные линии | «Богатые» (тип I) и «бедные» (тип II) по эмиссионным линиям |
| Радиоизлучение | Радиоактивные (радиоквазары) и радиомолчаливые |
| Спектральный индекс | Синие и красные по наклону непрерывного спектра |
| Масса чёрной дыры | Средние и сверхмассивные (до 10¹⁰ солнечных масс) |
Радиоквазары составляют примерно 10 % всех известных квазаров, но именно они генерируют наиболее мощные струи и радиоизлучение.
¶Квазары и эволюция Вселенной
Квазары наиболее активны в эпоху «космического полудня» — на z ≈ 2–3, то есть около 10–11 миллиардов лет назад, когда формирование галактик шло наиболее интенсивно. Считается, что квазары играли важную роль в эпохе рионизации Вселенной, нагревая и ионизируя межгалактический газ.
Красные сдвиги квазаров достигают z > 7, что позволяет наблюдать их в эпоху, когда Вселенной было менее миллиарда лет. Один из самых удалённых известных квазаров — UHZ1 — обнаружен на z ≈ 10,1, то есть в первые 470 миллионов лет после Большого взрыва.
¶Наблюдения и значение
Квазары используются в астрономии как «маяки» для изучения межгалактической среды: их спектры содержат линии поглощения, соответствующие газовым облакам на разных расстояниях. Многие квазары обнаружены в проектах SDSS, 2MASS, WISE и других обзорах.
В 2022 году квазары впервые использовали для измерения расстояний с помощью гравитационного линзирования и эффекта Шапиро. В 2020-е годы космические обсерватории «Джеймс Уэбб» (JWST) и «Эврика» (Европейская обсерватория) продолжают находить сверхудалённые квазары, уточняя историю формирования первых чёрных дыр.
¶Интересные факты
- Квазар 3C 273 был впервые идентифицирован как квазар Мартином Шмидтом в 1963 году.
- Светимость квазара может превышать светимость Млечного Пути в сотни раз.
- Некоторые квазары излучают энергию, сопоставимую с суммарным излучением сотен галактик.
- Квазары являются одними из самых удалённых наблюдаемых объектов Вселенной.
¶Источники
- Шкловский И. С. «Вселенная, жизнь, разум»
- Засов А. В., Копылов И. Ф. «Введение в современную космологию»
- Курт М. «Квазары и активные ядра галактик»
- Статьи в журналах Astronomy & Astrophysics, The Astrophysical Journal
- Материалы проектов SDSS, WISE, JWST