Kvasar

En kvasar [ 1 ]​ [ 2 ]​ eller quasar [ 3 ]​ [ 4 ]​ ( akronym for " quas i - stellar radiokilde " ) er definert som enten en nyfødt galakse eller den energikilden som oppstår i det svarte hull i sentrum av de nyfødte galaksene, karakterisert ved å være en astronomisk kilde til elektromagnetisk energi , som inkludererradiofrekvenser og synlig lys .

Generelt

Kvasarer forekommer i et enormt svart hull, som absorberer all materie den finner i nærheten. Når dette skjer, på grunn av den enorme rotasjonshastigheten til den dannede akkresjonsskiven, produseres det en gigantisk mengde energi, frigjort i form av radio-, infrarød-, lys-, ultrafiolett- og røntgenbølger, som gjør kvasarer til de lyseste og mest lyssterke. hotteste objekter i det kjente universet.

Kvasarer skulle opprinnelig være hvite hull , selv om ytterligere studier av deres dannelse og egenskaper har utelukket en slik antagelse. [ 5 ]

I optiske teleskoper fremstår de fleste kvasarer som enkle lyspunkter, selv om noen ser ut til å være sentrum for aktive galakser . De fleste kvasarer er for langt unna til å bli sett av små teleskoper, men 3C273 , med en tilsynelatende styrke på 12,9, er et unntak. I en avstand på 2,44 milliarder lysår er det et av de fjerneste objektene som kan observeres direkte med amatørutstyr.

Noen kvasarer viser raske endringer i lysstyrke , noe som innebærer at de er små, siden et objekt ikke kan endre seg raskere enn tiden det tar for lys å bevege seg fra den ene enden til den andre. Den høyeste kjente rødforskyvningen av en kvasar er z=7,54 ULAS J1342+0928 , selv om en nylig ble oppdaget ved z=7,52 og det studeres om den er enda lenger unna. [ 6 ]

Kvasarer antas å være drevet av akkresjon av materie fra supermassive sorte hull til kjernen av fjerne galakser, noe som gjør dem til svært lysende versjoner av en generell klasse av objekter kjent som aktive galakser . Mekanismen som forårsaker utslipp av den store energimengden og dens raske variasjon er ikke kjent. Kunnskapen om kvasarer har utviklet seg veldig raskt, selv om det ikke er noen klar konsensus om deres opprinnelse.

Egenskaper til kvasarer

Mer enn 200 000 kvasarer er kjent og alle observerte spektre har en betydelig rødforskyvning, fra 0,06 til maksimalt 7,08. Derfor er alle kvasarer lokalisert i store avstander fra Jorden, den nærmeste ved 240  Mpc (780 millioner lysår) og den lengste ved 6  Gpc (13 milliarder lysår). De fleste kvasarer er mer enn 1 Gpc fra hverandre; Siden lys må ta veldig lang tid å reise hele avstanden, observeres kvasarer slik de var for lenge siden, i universet slik det var i dets fjerne fortid.

Selv om de virker svake når de sees gjennom optiske teleskoper, betyr deres høye rødforskyvning at disse objektene ligger på store avstander, noe som gjør kvasarer til de mest lysende objektene i det kjente universet. Den lyseste kvasaren på himmelen er 3C 273 i stjernebildet Jomfruen . Det er i en avstand på ~670 millioner parsecs, eller omtrent 2,2 milliarder lysår. Den har en tilsynelatende styrke på 12,8, lys nok til å bli sett fra et lite teleskop, men dens absolutte styrke er -26,7. I en avstand på 10 parsecs (ca. 33 lysår) vil dette objektet skinne sterkere på himmelen enn solen. Lysstyrken til denne kvasaren er omtrent to milliarder (2 × 10 12 ) ganger større enn solens, eller hundre ganger mer enn det totale lyset til en gjennomsnittlig galakse som Melkeveien .

Den hyperluminøse kvasaren APM 08279+5255 hadde, da den ble oppdaget i 1998, en absolutt styrke på -32,2, selv om høyoppløselige bilder fra Hubble-romteleskopet og Keck-teleskopet avslørte at dette systemet var gravitasjonslinser . En studie av fenomenet gravitasjonslinse i dette systemet antyder at det har blitt økt med en faktor 10. Det er imidlertid et mer lysende objekt enn de nærmeste kvasarene som 3C273. HS 1946+7658 antas å ha en absolutt styrke på -30,3, men denne er også økt ved gravitasjonslinser.

Det er funnet at kvasarer varierer i lysstyrke på forskjellige tidsskalaer. Noen varierer lysstyrken med noen måneder, uker, dager eller timer. Disse bevisene har gjort det mulig for forskere å teoretisere at kvasarer genererer og sender ut energien deres fra et veldig lite område, siden hver del av kvasaren måtte være i kontakt med de andre på den tidsskalaen for å koordinere variasjonene i lysstyrke. Det vil si at en kvasar som varierer på en tidsskala på noen få uker kan ikke være mer enn noen få lysuker på tvers.

Kvasarer viser mange egenskaper som er identiske med aktive galakser: strålingen er ikke termisk, og noen har blitt observert å ha jetfly og lober som radiogalakser . Kvasarer kan observeres i mange deler av det elektromagnetiske spekteret , inkludert radiofrekvens , infrarødt , synlig lys , ultrafiolett , røntgenstråler og til og med gammastråler . De fleste kvasarer er klarest i den nær-ultrafiolette referanserammen, nær 1216 Å eller (121,6  nm ) Lyman-alfa- utslippslinjen fra hydrogen  , men på grunn av deres rødforskyvning blir dette referansepunktet observert så langt unna som 9000 Å (900) nm) i nær infrarød.

Utslippsgenerering

Siden kvasarer viser egenskaper som er felles med alle aktive galakser , har mange forskere sammenlignet kvasarutslipp med de fra små aktive galakser på grunn av likheten. Den beste forklaringen på kvasarer er at de drives av supermassive sorte hull . For å skape en lysstyrke på 10 40  W (den typiske lysstyrken til en kvasar), ville et supermassivt sort hull måtte konsumere tilsvarende materie på ti stjerner per år. De lyseste kjente kvasarene bør sluke opp 1000 solmasser av materie hvert år. Kvasarer antas å "slå på" og "slå av" avhengig av miljøet. En implikasjon er at en kvasar ikke vil fortsette å mate med den hastigheten i 10 milliarder år, noe som godt vil forklare hvorfor det ikke er noen kvasarer i nærheten. I denne rammen, etter at en kvasar er ferdig med å konsumere gassen og støvet, vil den bli en normal galakse.

Kvasarer gir også noen ledetråder om slutten på Big Bang -reioniseringen . De eldste kvasarene (z > 4) viser en Gunn-Peterson-effekt og har absorpsjonssoner foran seg som indikerer at det intergalaktiske mediet på den tiden var nøytral gass. De nyeste kvasarene viser ikke absorpsjonssoner, men i stedet viser spektrene deres en piggete del kjent som Lyman-alfa-skogen . Dette indikerer at det intergalaktiske mediet gjennomgår reionisering mot plasma og at nøytral gass bare eksisterer i små klynger.

Et annet interessant trekk ved kvasarer er at de viser bevis på grunnstoffer som er tyngre enn helium . Dette betyr at disse galaksene gjennomgikk en massiv fase med stjernedannelse og skapte populasjon III -stjerner mellom tiden for Big Bang og de første observerte kvasarene. Lyset fra disse stjernene kan ha blitt observert av NASAs Spitzer Space Telescope , selv om denne tolkningen fra slutten av 2005 ventet på bekreftelse.

Historie om kvasarobservasjoner

De første kvasarene ble oppdaget med radioteleskoper på slutten av 1950-tallet . Mange ble spilt inn som radiokilder som ikke hadde et tilsvarende synlig objekt. Ved å bruke små teleskoper og Lovell-teleskopet som et interferometer , ble objektene vist å ha en veldig liten vinkelstørrelse. [ 7 ] Hundrevis av disse objektene ble registrert innen 1960 og den tredje Cambridge-katalogen over radiokilder (3C) ble publisert mens astronomer skannet himmelen med optiske teleskoper. I 1960 ble 3C 48 -radiokilden endelig knyttet til et optisk objekt. Astronomer oppdaget det som så ut til å være en svak blå stjerne ved posisjonen til radiokilden og oppnådde spekteret: Inneholder mange ukjente emisjonslinjer, motsto det unormale spekteret tolkning.

I 1962 ble det oppnådd et bemerkelsesverdig fremskritt. En annen radiokilde, 3C 273 , ble beregnet til å lide under fem okkultasjoner av månen . Målinger oppnådd av Cyril Hazard og John Bolton under en av okkultasjonene ved bruk av Parkes-observatoriet gjorde det mulig for Maarten Schmidt å foreta en optisk identifikasjon av objektet og få det synlige spekteret med Hale-teleskopet på Mount Palomar . Dette spekteret avslørte de samme merkelige utslippslinjene. Schmidt innså at dette var linjene i hydrogenspekteret ved en rødforskyvning på 15,8 %. Denne oppdagelsen viste at 3C 273 beveget seg bort med en hastighet på 47 000 km/s. [ 8 ] Denne oppdagelsen revolusjonerte observasjonen av kvasarer og tillot andre astronomer å søke etter rødforskyvninger i emisjonslinjer fra andre radiokilder. 3C 48 ble vist å ha en rødforskyvning på 37 % av lysets hastighet .

Begrepet kvasar (på engelsk, quasar ) ble laget av den kinesisk- amerikanske astrofysikeren , Hong-Yee Chiu, i 1964, i Physics Today , for å beskrive disse merkelige objektene:

Til nå har det lange og vanskelige navnet på "kvasistjerneradiokilder" blitt brukt for å beskrive disse objektene. Fordi deres natur er helt ukjent, er det vanskelig å utarbeide en kort og passende nomenklatur for dem, siden deres essensielle egenskaper ligger implisitt i navnet. For enkelhets skyld vil den korte formen ' quasar ' bli brukt i denne artikkelen. Hong-Yee Chiu i fysikk i dag , mai 1964

Det ble senere funnet at ikke alle kvasarer, men bare rundt 10 %, hadde høye radioutslipp (radiointensive). Derfor brukes navnet QSO (Quasi-stellar Object) for å referere til disse objektene, inkludert klassen radio-intense (RLQ) og radio-silent (RQQ).

Et tema for debatt i løpet av 1960 -årene var om kvasarer var nære eller fjerne objekter som rødforskyvningen tilsier . Det ble antydet at rødforskyvningen av kvasarer ikke skyldtes Doppler-effekten, men snarere på lys som rømte fra en gravitasjonsvegg. Imidlertid ble det antatt at en stjerne med tilstrekkelig masse til å danne en slik vegg ville være ustabil. [ 9 ] Kvasarer viste også uvanlige utslippslinjer som tidligere bare ble sett i lavtetthetståker av varm gass, som ville være for diffuse til å generere den observerte energien og holde seg innenfor gravitasjonsveggen. [ 10 ] Det var også alvorlige bekymringer angående den kosmologiske ideen om fjerne kvasarer. Et sterkt argument mot dette er at energiene involvert i kvasarer oversteg alle kjente energikonverteringsprosesser, inkludert kjernefysisk fusjon . På den tiden var det noen forslag om at kvasarer var en ukjent form for stabil antimaterie og at dette kunne påvirke lysstyrken deres. Denne innvendingen ble fjernet med forslaget om akkresjonsdiskmekanisme på 1970-tallet, og i dag er den kosmologiske avstanden til kvasarer akseptert av vitenskapelig konsensus.

I 1979 ble gravitasjonslinseeffekten forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori bekreftet ved å observere for første gang med bilder av den doble kvasaren 0957+561. [ 11 ]

På 1980-tallet ble det utviklet enhetlige modeller der kvasarer ble sett på som en klasse av aktive galakser, og det hadde oppstått en generell konsensus om at det i de fleste tilfeller var synsvinkelen som skilte en klasse fra en annen, som blasarer og radiogalakser . Den høye lysstyrken til kvasarer ble antatt å være et resultat av friksjon forårsaket av gass og støv som faller inn i akkresjonsskivene til supermassive sorte hull, som kunne konvertere 10 % av en gjenstands masse til energi, i motsetning til 0,7 % oppnådd i kjernefysiske fusjonsprosesser som dominerer energiproduksjonen i solstjerner.

Denne mekanismen antas også å forklare hvorfor kvasarer var mer vanlig i begynnelsen av universet, siden denne energiproduksjonen avsluttes når det supermassive sorte hullet forbruker all gass og støv i nærheten. Dette betyr at det er mulig at de fleste galakser, inkludert Melkeveien, har gått gjennom et aktivt stadium, og fremstår som en kvasar eller en annen type aktiv galakse avhengig av det sorte hullets masse og tilvekstrotasjon, og de er inaktive nå pga. mangel på materie som gir næring til de sentrale sorte hullene som genererer strålingen.

Se også

Referanser

  1. ↑ Royal Spanish Academy og Association of Academies of the Spanish Language. «kvasar» . Dictionary of the Spanish Language (23. utgave) . Hentet 8. august 2017 . 
  2. ↑ «[...] når det gjelder kvark, kvasar, quorum og exequatur, alle innlemmet i det spanske leksikonet, selv om bruken er begrenset til visse felt som det vitenskapelige eller det juridisk-diplomatiske, er det tilrådelig å fullt ut tilpasse dem til stavemåten spansk skrift kvark, kvasar, quorum og execuátur. ». Sitert i  RAE og ASALE (2010). «§ 2.3 Stavemåter fremmed for det tradisjonelle ortografiske systemet i spansk». Stavemåte av det spanske språket . Madrid: Espasa Calpe . s. 615. ISBN  978-6-070-70653-0 . 
  3. ↑ Royal Spanish Academy og Association of Academies of the Spanish Language. «kvasar» . Dictionary of the Spanish Language (23. utgave) . Hentet 8. august 2017 . 
  4. ↑ «[...] for å bevare sammenhengen og enkelheten i vårt ortografiske system, anbefales det at alle lån fra andre språk (det være seg latin eller fremmed) hvis etymologiske stavemåte inkluderer en q med uavhengig fonetisk verdi fullstendig tilpasset til spansk ved å erstatte nevnte q med stavemåtene som nå er etablert i vårt språk for å representere fonemet /k/. Dette betyr å skrive kvark , quasar , quorum eller execuátur (og ikke quark , quasar , quorum eller exequatur ) og bruke Hispanicization quadrivio i stedet for den semi-tilpassede latinismen quadrívium . For å opprettholde den etymologiske q , må disse ordene betraktes som fremmede eller ikke-tilpassede latinske uttrykk og derfor skrives i kursiv og uten aksenter: quadrivium , quark , quasar , quorum eller exequatur .». Sitert i  RAE og ASALE (2010). «§ 6.2.2.2.2 Bruk av bokstaven q for å representere fonemet /k/» . Stavemåte av det spanske språket . Madrid: Espasa Calpe . ISBN  978-6-070-70653-0 . Hentet 8. august 2017 . 
  5. ↑ Offisielt NASA-nettsted der problemet er forklart: kvasarer skulle være hvite hull, men hypotesen ble utelukket.
  6. ^ "En lysende kvasar med en rødforskyvning på z=7,085" . Natur 474 . 2011. s. 616. doi : 10.1038/natur10159 . 
  7. ^ "MKI og oppdagelsen av kvasarer " . Jodrell Bank Observatory. 
  8. ↑ Schmidt Maarten (1963). "3C 273: et stjernelignende objekt med stor rødforskyvning" . Nature 197 : 1040-1040. 
  9. ↑ S. Chandrasekhar (1964). "Den dynamiske ustabiliteten til gassmasser som nærmer seg Schwarzschild-grensen i generell relativitet". Astrophysical Journal 140 (2): 417-433. 
  10. ↑ J. Greenstein og M. Schmidt (1964). "Quasi-Stellar-radiokildene 3C48 og 3C". Astrophysical Journal 140 (1): 1-34. 
  11. ↑ Aktive galakser og kvasarer - Dobbel kvasar 0957+561 .

Eksterne lenker