Квазары — самые яркие объекты во Вселенной. Один такой «маяк» светит в тысячи раз сильнее, чем вся Галактика с ее сотнями миллиардов звезд. При этом разглядеть квазар в телескоп непросто: для земного наблюдателя он выглядит как едва заметная точка. Из-за колоссальных расстояний эти объекты видны в том состоянии, в котором они находились миллиарды лет назад, на заре формирования космоса. В материале рассказываем, что представляют собой квазары и как они устроены.
Квазар — это ядро молодой галактики со сверхмассивной черной дырой в центре и раскаленным аккреционным диском вокруг нее.
По яркости квазар превосходит Млечный Путь в тысячу раз, а Солнце — в 27 триллионов раз.
Мы видим квазары в прошлом: самый древний из найденных существовал через 670 миллионов лет после Большого взрыва.
Мартин Шмидт расшифровал природу квазаров в 1963 году, а Зельдович и Солпитер объяснили механизм их свечения годом позже.
Что такое квазар простыми словами
Квазары — это очень яркие космические объекты. Если взять типичного представителя этого класса и поместить его на орбиту Плутона, Земля лишится всех запасов воды меньше чем за секунду — океаны мгновенно превратятся в пар. Мощность излучения квазара превосходит суммарное свечение Млечного Пути в тысячу раз, хотя в нашей Галактике насчитывается от двухсот до четырехсот миллиардов звезд. Один квазар излучает столько же энергии, сколько 27 триллионов Солнц.
Название составлено из двух английских слов: quasi-stellar означает «похожий на звезду», а radiosource переводится как «радиоисточник». В пятидесятых годах прошлого века астрономы впервые зафиксировали эти объекты и ошибочно причислили их к разряду необычных звезд. Позже истина открылась: квазары оказались не звездами, а ядрами галактик, находящихся на ранней стадии развития. Расстояния до них колоссальны.
Благодаря огромной удаленности мы видим квазары в том состоянии, в котором они пребывали миллиарды лет назад. В начале 2022 года астрономы сообщили об открытии самого древнего представителя этого класса — объекта J0313-1806. Свет от него шел до Земли 13 миллиардов лет, и сейчас мы наблюдаем галактику такой, какой она была через 670 миллионов лет после Большого взрыва. Возраст Вселенной оценивается в 13,8 миллиарда лет, а Солнечной системе — всего в 4,5 миллиарда.
Как образуются квазары и почему они такие яркие
В сердце каждого квазара прячется сверхмассивная черная дыра. Ее масса колеблется в пределах от 100 тысяч до 100 миллиардов масс Солнца. Вокруг дыры формируется аккреционный диск — область, где частицы газа, пыли и прочего вещества постоянно сталкиваются, разогреваясь до миллионов градусов. Именно этот раскаленный вихрь порождает чудовищное излучение во всех диапазонах: от радиоволн до рентгеновских лучей.
Астрономы называют квазары космическими маяками. Их видно с расстояния в миллиарды световых лет, что позволяет использовать их для изучения структуры и эволюции Вселенной. Проходя сквозь облака межгалактического газа, свет квазара оставляет в спектре характерные линии поглощения. По ним ученые определяют химический состав и плотность вещества на пути луча.
Активные ядра галактик, к которым относятся квазары, обладают набором отличительных черт. Газ внутри них движется на огромной скорости — тысячи километров каждую секунду. Излучение колоссальной мощности исходит из крошечной области размером меньше светового года. Из активных ядер вырываются струи раскаленного газа и потоки частиц. Светимость может скачкообразно меняться за несколько суток, а иногда и за часы.
Продолжительность жизни квазара напрямую зависит от запасов вещества вокруг черной дыры. Когда топливо заканчивается, галактика переходит в спокойную фазу. Существует предположение, что все крупные галактики на ранних этапах проходили через квазарную стадию. В центре Млечного Пути тоже имеется сверхмассивная черная дыра — Стрелец А*. Она ежесуточно генерирует огромное количество радиоизлучения разных типов. Ее поведение описывают как хаотичное и непредсказуемое.
История наблюдений за квазарами
Первый квазар нашли в конце 1950 годов американцы Аллан Сэндидж и Томас Мэтьюс. Они проводили радиообзор неба и наткнулись на объект 3C 48. К 1963 году насчитывалось уже пять таких странных объектов. Их объединяли общие черты: мощнейшее излучение широкого спектра при почти полной невидимости в оптическом диапазоне. В телескопы они выглядели как тусклые точки, и долгое время их никак не удавалось отличить от обычных звезд.
Разгадка пришла от голландца Мартина Шмидта. В 1963 году он исследовал спектр квазара 3C 273 и внезапно осознал, что загадочные линии в спектре — это обычные линии водорода и магния, только сильно сдвинутые в красную сторону. Жена Шмидта вспоминала, что муж весь вечер метался по комнате и то бегал, то медленно ходил, настолько его потрясло открытие.
Красное смещение означало, что 3C 273 удаляется от нас с невероятной скоростью — примерно 47 000 км/с. Если смещение вызвано расширением Вселенной, объект обязан находиться в миллиардах световых лет. Следовательно, его истинная светимость чудовищна и превосходит параметры любой галактики.
Девятого апреля того же года советские астрономы Юрий Ефремов и Александр Шаров сделали еще одно открытие: блеск квазаров меняется всего за несколько суток. Это доказывало, что зона излучения ничтожно мала — не больше Солнечной системы. Но как столь компактный объект способен излучать больше целой галактики?
В 1964 году физики Яков Зельдович и Эдвин Солпитер независимо выдвинули объяснение: падающее в черную дыру вещество разгоняется и раскаляется, преобразуя гравитационную энергию в излучение. Тогда идея казалась слишком смелой, и многие астрономы ее отвергали. Но постепенно доказательства копились. В семидесятых модель аккреционного диска проработали детально, а наблюдения подтвердили наличие сверхмассивных черных дыр в центрах многих галактик. Тайна квазаров перестала быть тайной.
В 2015 году международная команда астрономов отыскала древнейший квазар J1342+0928. Он существовал, когда Вселенной исполнилось всего 780 миллионов лет.
В декабре 2021 года на орбиту отправили телескоп «Джеймс Уэбб» — самый совершенный инструмент в истории человечества. Среди его задач — наблюдение за шестью самыми яркими квазарами ранней Вселенной. Эти наблюдения помогут понять, как развивались галактики и формировались сверхмассивные черные дыры в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.
В январе 2019 года астрономы объявили об открытии самого яркого квазара, получившего индекс J043947.08+163415.7. Его светимость эквивалентна 600 триллионам Солнц. Расстояние до него оценивается в 12,8 миллиарда световых лет.
Точное количество известных квазаров подсчитать непросто. В 1987 году в каталоге Хьюитта — Бэрбриджа значилось 3594 объекта. А в 2005 году группа исследователей оперировала данными уже о 195 тысячах квазаров. С развитием технологий количество обнаруженных космических объектов растет.
Вопросы и ответы
В разделе рассказали о квазарах больше.
Способен ли человек увидеть квазар без телескопа?
Нет. Ярчайший квазар 3C 273 имеет звездную величину 12,9. Невооруженный глаз такие объекты не фиксирует. В хороший любительский телескоп он виден как едва заметная точка.
Существует ли квазар в центре Млечного Пути?
Нет. Наша центральная черная дыра Стрелец А* сейчас пребывает в «спячке» — вокруг нее недостаточно вещества для активного свечения. Однако следы былой активности видны в виде так называемых пузырей Ферми — гигантских структур, испускающих гамма-лучи.
Сколько квазаров открыто на сегодня?
Речь идет о сотнях тысяч. Точная цифра неизвестна из-за размытой границы между квазарами и другими типами активных галактических ядер.
