Kvasar ( zdroj kvazi-hvězdné záření , kvazi-hvězdné radiosource v angličtině , nebo nověji „ zdroj kvazi-hvězdné astronomické záření “, kvazi-hvězdné astronomické radiosource ) je extrémně jasná galaxie jádro ( aktivní jádro ). Kvasary jsou entity světla vesmíru. Přestože se povaha těchto objektů objevovala poprvé až do začátku 80. let , nyní existuje vědecká shoda, že kvasar je kompaktní oblast obklopující supermasivní černou díru ve středu obrovské galaxie. Jejich velikost je 10 až 10 000krát větší než poloměr Schwarzschildovy černé díry. Jejich zdroj energie pochází z akrečního disku obklopujícího černou díru.
S optickými dalekohledy vypadá většina kvasarů jako malé tečky světla, i když některé jsou považovány za centra aktivních galaxií (běžně známá pod zkratkou AGN, pro Active Galaxy Nucleus ). Většina kvazarů je příliš daleko na to, aby je bylo možné vidět malými dalekohledy, ale 3C 273 se zdánlivou (nebo relativní) velikostí 12,9 je výjimkou. S 2,44 miliardami světelných let je to jeden ze vzdálených objektů pozorovatelných amatérským vybavením .
Některé kvasary vykazují rychlé změny jasu, z čehož vyplývá, že jsou poměrně malé (objekt se nemůže měnit rychleji, než je čas potřebný k tomu, aby světlo prošlo od konce ke konci; další vysvětlení viz článek v článku o kvasaru J1819 + 3845 ). Ulaş J1120 + 0641 kvasaru , pozorovat v roce 2011, je již dlouho zůstal nejvzdálenější vůbec pozorována při Z = 7,09 (tedy zhruba 12,9 miliardy světelných let od Země). Na konci roku 2017 bylo oznámeno pozorování kvazaru ULAS J1342 + 0928 , z = 7,54 ; tento kvasar má bolometrickou svítivost 4 × 10 14 L ⊙ a je interpretován jako černá díra 8 × 108 8 M ⊙ .
Předpokládá se, že kvasary získávají na síle narůstáním hmoty kolem supermasivních černých děr, které leží v jádrech těchto galaxií, čímž vytvářejí „světelné verze“ těchto objektů známé jako aktivní galaxie. Zdá se, že žádný jiný mechanismus není schopen vysvětlit obrovskou uvolněnou energii a jejich rychlou variabilitu.
Jev kolem kvasarů dosud nevysvětlený: určité „relativně tiché“ galaxie najednou přecházejí do stádia aktivních kvasarů, a to za několik měsíců .
Mužský podstatné jméno Kvasar je půjčil od American anglické kvasaru , podstatné jméno se stejným významem, svědčil v1964. Jeho nejstarší známý výskyt je v článku ze strany čínského americký astrofyzik Hong-Yee Chiu týkající se gravitačního kolapsu a publikoval v časopise Physics Today vKvěten 1964. Je to portmanteau slovo , kontrakce adjektiva kvazi-Stellar ( „ kvazi-hvězdné “), zkratka z kvazi-hvězdné rádiový zdroj ( ‚zdroj kvazi-hvězdné rádiové emise‘ ) přidáním quas- - de kvazi - k - ar - z hvězd .
Ve francouzštině se slovo kvazar používá od1965, s jeho prvním známým veřejným výskytem v „Les monstres du Cosmos“, článek Pierra-Charlese Pathého publikovaný v Le Nouvel Observateur na7. ledna 1965.
Kvazar se skládá ze tří hlavních částí :
Existuje více než 100 000 kvasarů (113 666 podle největšího katalogu v roce 2006). Veškerý spektra pozorované ukázat redshifts v rozmezí od 0,06 do 6,4 označující podle aby Karlsson zákona, které se nacházejí na velmi velké vzdálenosti od nás, nejblíže k nám je při teplotě asi 240 Mpc (~ 783 milionu al ) a nejvzdálenější je asi 4 BPC (Billion13 miliard al ), na hranici pozorovatelného vesmíru .
Ačkoli jsou při optickém pohledu slabé (jejich vysoký červený posun znamená, že se tyto objekty od nás vzdalují), kvasary jsou nejjasnějšími objekty známými ve vesmíru . Kvasar, která se objeví nejjasnější v našem nebi je hyper-světlý 3C 273 v souhvězdí v Panně . Má zdánlivou velikost asi 12,9 (dostatečně jasnou, aby ji bylo možné vidět malým dalekohledem), ale její absolutní velikost je -26,7. To znamená, že ve vzdálenosti 10 pc (~ 33 světelných let) by tento objekt na obloze zářil stejně silně jako Slunce. Svítivost tohoto kvasaru je tedy 2 x 10 12 krát silnější než Slunce, nebo asi 100 krát silnější než celkový světle obří galaxie, jako je naše Mléčná dráha .
Superjasný kvasar APM 08279 + 5255 měl, když byl objeven v roce 1998, absolutní velikost -32,2, ačkoli snímky s vysokým rozlišením z dalekohledů Hubble a Keck ukazují, že tento systém je gravitačně zvětšen . Studie gravitačního zvětšení v tomto systému naznačuje, že bylo zvětšeno faktorem asi 10. To je stále mnohem jasnější než blízké kvasary, jako je 3C 273 . Předpokládalo se, že HS 1946 + 7658 má absolutní velikost -30,3, ale také to bylo zdůrazněno účinkem gravitačního zvětšení.
Bylo zjištěno, že kvasary se mění v jasu v různých časových měřítcích. Některé se mění v jasu každých x měsíců , týdnů, dnů nebo hodin. Tento objev umožnil vědcům předpokládat, že kvasary generují a emitují svoji energii v malé oblasti, protože každá část kvasaru musí být v časovém měřítku v kontaktu s jinými částmi, aby koordinovala změny jasu. Kvasar, jehož jas se mění na časové škále několika týdnů, tedy nemůže být větší než několik světelných týdnů .
Kvasary vykazují mnoho vlastností srovnatelných s vlastnostmi aktivních galaxií: záření není tepelné a některé mají trysky a laloky podobné těm, které mají radiogalaxie . Kvasary lze pozorovat v mnoha oblastech elektromagnetického spektra : rádiové vlny , infračervené záření , viditelné světlo , ultrafialové záření , rentgenové záření a dokonce i paprsky gama .
Většina kvasary jsou nejjasnější v oblasti blízké ultrafialové (~ 121,6 nanometrů , což odpovídá linii emisí Lyman-alfa z vodíku ) v jejich vlastním úložišti , ale kvůli posunu na červenou z těchto zdrojů, vrchol svítivost byla pozorována, pokud jako 900 nanometrů nebo ve velmi blízké infračervené oblasti.
Tyto kvasary železa vykazují silný emisní čáry Výsledná ionizované železo, jako IRAS 18508-7815 .
Vzhledem k tomu, že kvasary vykazují vlastnosti společné pro všechny aktivní galaxie, mnoho vědců porovnalo emise z kvasarů s emisemi z malých aktivních galaxií. Nejlepším vysvětlením pro kvasary je to, že se stávají mocnými díky supermasivním černým děrám . Aby se dosáhlo svítivosti 1040 W (typická jasnost kvasaru), musela by supermasivní černá díra spotřebovat ekvivalentní materiál 10 hvězd za rok. Je známo, že nejjasnější kvasary pohltí 1 000 hmotností Slunce ročně. Je známo, že kvasary se zapínají a vypínají v závislosti na prostředí. Jedním z důsledků by bylo, že by kvasar například nemohl pokračovat v krmení touto rychlostí po dobu 10 miliard let. Což by vysvětlovalo, proč v naší blízkosti není žádný kvasar. Když kvazar dokončí polykání plynu a prachu, stane se z něj obyčejná galaxie.
Kvasary také poskytnout vodítka, pokud jde o konec reionization z Velkého třesku . Nejstarší kvasary ( z > 4 ) mají před sebou Gunn-Petersonovu vlnovou a absorpční oblast, což naznačuje, že mezigalaktické médium bylo v té době vyrobeno z neutrálního plynu. Novější kvasary ukazují, že nemají žádnou absorpční oblast, ale spíše spektra obsahující oblast s vrcholem známým jako les Lyman-α . To naznačuje, že mezigalaktický prostor prošel reionizací v plazmě a že neutrální plyn existuje pouze ve formě malých mraků.
Další zajímavou vlastností kvasarů je, že vykazují stopy prvků těžších než hélium . To naznačuje, že tyto galaxie prošly důležitou fází formování hvězd vytvářející populaci III hvězd mezi dobou Velkého třesku a pozorováním prvních kvasarů. Světlo z těchto hvězd by mohly být pozorovány s Spitzer Space Telescope z NASA (byť koncem roku 2005 , tento výklad musí být ještě potvrzeno).
První kvasary byly objeveny pomocí radioteleskopů na konci 50. let . Mnoho z nich bylo zaznamenáno jako rádiové zdroje bez přidruženého viditelného objektu. Použitím malých dalekohledů a Lovellova dalekohledu jako interferometru bylo zjištěno, že mají velmi malou úhlovou velikost. Stovky těchto objektů byly uvedeny již v roce 1960 a uvedeny ve třetím katalogu Cambridge . V roce 1960 byl rádiový zdroj 3C 48 konečně připojen k optickému objektu. Astronomové detekovali v místě rádiových zdrojů něco, co vypadalo jako bledě modrá hvězda, a získali její spektrum . Obsahující mnoho neznámých emisních linií - nepravidelný výklad vzdorující spektru - tvrzení Johna Boltona o velkém rudém posuvu nebylo přijato.
V roce 1962 došlo k průlomu. Další rádio zdroj 3C 273 , bylo projít pět zákrytů od Měsíce . Měření provedená Cyrilem Hazardem a Johnem Boltonem během jedné z zákrytů pomocí radioteleskopu Parkes umožnila Maartenu Schmidtovi objekt opticky identifikovat. Optické spektrum získal pomocí dalekohledu Hale (5,08 m ) na hoře Palomar . Toto spektrum odhalilo stejné podivné emisní čáry. Schmidt si uvědomil, že se jedná o redshifted ( redshifted) vodíkové linky o 15,8%! Tento objev ukázal, že 3C 273 se vzdaloval rychlostí 47 000 km / s . Tento objev přinesl revoluci v pozorování kvasarů a umožnil dalším astronomům najít červené posuny vycházející z emisních čar a přicházející z jiných rádiových zdrojů. Jak Bolton předpověděl dříve, bylo zjištěno , že 3C 48 má červený posuv ekvivalentní 37% rychlosti světla .
Slovo „kvazar“ vytvořil astrofyzik Hong-Yee Chiu v časopise Physics Today , aby označil tyto zajímavé objekty, které se staly populárními brzy po jejich objevení, ale na které se poté odkazovalo celým jménem ( kvazihvězdný rádiový zdroj ). :
"Prozatím se k popisu těchto objektů používá poněkud trapné a neurčitelné slovo" kvazihvězdný zdroj rádia ". Jelikož povaha těchto předmětů je nám zcela neznámá, je obtížné jim dát krátkou a vhodnou nomenklaturu, i když jejich základní vlastnosti vycházejí z jejich názvu. Pro větší pohodlí bude v tomto článku použita zkrácená forma „kvazar“. "
- Hong-Yee Chiu, Fyzika dnes , květen 1964
Později bylo zjištěno, že někteří kvasari (ve skutečnosti pouze ~ 10%) neměli silné rozhlasové vysílání. Proto se název „QSO“ ( kvazihvězdný objekt ) používal (kromě slova „kvazar“) ve vztahu k těmto objektům , který zahrnuje třídu radio-pevností a radio-silent .
Velkým tématem debaty v 60. letech bylo, zda byly kvazary blízkými nebo vzdálenými objekty, jak předpokládá jejich červený posun . Navrhovalo se například, že rudý posuv kvasarů nebyl způsoben Dopplerovým jevem , ale spíše světlem unikajícím z hluboké gravitační studny. Hvězda s dostatečnou hmotou k vytvoření takové studny by však byla nestabilní. Kvasary také ukazují neobvyklé spektrální čáry, dříve viditelné na horké mlhovině s nízkou hustotou, které by byly příliš rozptýlené, aby generovaly pozorovanou energii a aby se dostaly do hluboké gravitační studny. Existovaly také vážné obavy ohledně myšlenky vzdálených kosmologických kvasarů. Jedním z hlavních argumentů proti nim bylo to, že zahrnovaly energie, které převyšovaly známé procesy přeměny, včetně jaderné fúze . Tyto námitky byly vymazány návrhem mechanismu akrečního disku v 70. letech . A dnes je kosmologická vzdálenost kvazarů akceptována většinou výzkumníků.
V roce 1979 , je účinek gravitační čočky předpověděl teorií obecné relativity z Einstein byla potvrzena při pozorování první obrazy dvojitého kvasarem 0957 + 561 .
V 80. letech byly vyvinuty sjednocené modely, ve kterých byly kvasary vnímány jednoduše jako třída aktivních galaxií a došlo k obecnému konsensu: v mnoha případech je odlišuje od ostatních pouze úhel pohledu. Třídy, jako jsou blazary a rádiové galaxie . Předpokládá se, že obrovská svítivost kvasarů je výsledkem tření způsobeného padáním plynu a prachu do akrečního disku supermasivních černých děr, které se mohou transformovat na energii řádově 10% hmotnosti objektu (ve srovnání s 0,7% pro energie produkované během procesu pb z jaderné fúze , která je dominantou produkci energie v hvězd jako slunce).
Tento mechanismus také vysvětluje, proč byly kvasary častější, když byl vesmír mladší, například skutečnost, že tato výroba energie končí, když supermasivní černá díra spotřebuje veškerý plyn a prach v její blízkosti. To implikuje možnost, že většina galaxií, včetně naší Mléčné dráhy, prošla aktivním stádiem (zdálo se, že jsou to kvasary nebo nějaká jiná aktivní třída galaxií v závislosti na hmotnosti černé díry a jejího akrečního disku) a jsou nyní klidné, protože ne již nemají co krmit (ve středu své černé díry), aby generovali záření.