KWAZARY

Kwanty wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego mogą w Kosmosie pochodzić z wielu różnych źródeł. Sposób ich emisji także może być wieloraki: porcje fotonów mogą być uwolnione gwałtownie, jednorazowo jak i również stopniowo, permanentnie. Powolna, stopniowa emisja promieniowania elektromagnetycznego ma miejsce m.in. w tzw. układach akrecyjnych. Materia, która osiada na gęstym obiekcie (czarnej dziurze, gwieździe neutronowej, białym karle) oddaje swoją energię grawitacyjną zamieniając ją na energię fal elektromagnetycznych.

Obiekty w Wszechświecie, które są permanentnymi źródłami stopniowo uwalnianych fotonów, to  m.in. kwazary oraz mikrokwazary.

Kwazary są zbudowane z supermasywnej czarnej dziury będącej w centrum obiektu (około bilion razy masywniejszej od Słońca), oraz z materii, która otacza czarną dziurę i stopniowo na nią opadając ulega akrecji. Akrecja ogromnych porcji materii (pyłu i gazu) jest przyczyną silnego świecenia kwazara, który cechuje się wybitnie wysoką jasnością absolutną. Materia otaczająca kwazar posiada kształt dysku, z którego formuje się przyszła galaktyka. Można zatem przyjąć, że kwazar to galaktyka aktywna, która znajduje się na etapie kształtowania.

Znaczna część gazu oraz pyłu znajdujących się w pobliżu czarnej dziury trafia do jej wnętrza. Ale niektóre drobiny oddalane są od supergęstego centrum kwazara i wyemitowywane w postaci zwartej wiązki, tworzącej strumień materii prostopadły do płaszczyzny dysku. Taki obiekt nazywamy dżetem. Cząstki w nim zawarte przyspieszane są do olbrzymich prędkości przez jeden z najpotężniejszych akceleratorów we Wszechświecie- supermasywną czarną dziurę.

Kwazary są zaliczane do licznej klasy obiektów astronomicznych oznaczanych skrótem AGN- Active Galactic Nuclei, czyli aktywne jądra galaktyk. Znaczna część AGN nie emituje sygnałów radiowych. Poza tą różnicą, nie wykazują one wyraźnych różnic w stosunku do kwazarów.

Nazwa „kwazar” pochodzi od angielskiego sformułowania „quasi-stellar radio sources”, a oznacza to: „gwiazdopodobne obiekty radiowe”. Przypominają gwiazdy, gdyż ich sygnał radiowy jest punktowy. Dzięki wieloletnim badaniom naukowcy odkryli, że owe „punkty”, które wcześniej uchodziły za gwiazdy są tak naprawdę zbudowane z drobin materii rozpędzonych do prędkości bliskim prędkościom światła. Blask wychodzi z centralnej części kwazara i jest tak intensywny, że przyćmiewa widok reszty galaktyki aktywnej.

Kwazary jako źródła promieniowania elektromagnetycznego różnych częstotliwości:

Materia formująca dysk akrecyjny spływa ku czarnej dziurze nagrzewając się przy tym do temperatury rzędu 100.000 K, w skutek czego uwalnia fale elektromagnetyczne w zakresie ultrafioletowym oraz widzialnym. Nad dyskiem znajduje się warstwa rzadkiego gazu o bardzo wysokiej temperaturze. Nazywana jest ona koroną. Korona kwazara stanowi silne źródło promieniowania X (rentgenowskiego).

Zewnętrzny brzeg dysku galaktycznego  przechodzi w tzw. torus molekularny. Struktura ta jest względnie chłodna i dość gęsta. Emituje znaczne ilości promieniowania podczerwonego.

Tuż nad wewnętrznym krańcem dysku akrecyjnego, w pobliżu czarnej dziury (w obszarze korony i tuż nad nią) obecny jest silnie dynamiczny obłok gazowy. W jego widmie spektroskopowym obserwujemy bardzo sine linie emisyjne.

Dżety wychodzące z centrum kwazara (prostopadle do płaszczyzny dysku) są intensywnym emiterem promieniowania radiowego oraz widzialnego. Ten drugi rodzaj fal, choć ma znacznie mniejszy udział od fal radiowych, to jednak sprawia, że dżety mogą widoczne przez oko ludzkie.


Kwazary jako soczewki grawitacyjne:

Astronomowie przy użyciu kosmicznego teleskopu Hubble’a odkryli kilka przypadków kombinacji galaktyki z kwazarem. Układy te wykazują pewne cechy soczewki grawitacyjnej: zniekształcają i wykrzywiają obraz galaktyki wchodzącej w skład struktury.

W przypadku zwykłych kwazarów bardzo trudno jest oszacować masę galaktyki formującej się wokół czarnej dziury. Wartość szacunkową można by było uzyskać na podstawie wspólnej jasności gwiazd składowych. Ale z uwagi na bardzo wysoką jasność centralnej części kwazara, takie obliczenia nie są możliwe, ponieważ silny blask przyćmiewa dysk materii, w której powstają gwiazdy.

Z kolei kwazary będące w asocjacji z innym obiektem galaktycznym (wspomniane na początku akapitu) i wykazujące cechy soczewki grawitacyjnej, umożliwiają szacunkowe ustalenie masy nowo powstającej galaktyki. W wyliczeniach pomagają znaczne ilości zniekształceń obrazu, spowodowane efektem soczewkowania.


Otoczka halo:

Naukowcy odkryli świecące gazowe obłoki wokół niektórych kwazarów. Jednocześnie okazało się, że zjawisko to jest powszechniejsze niż dotychczas spekulowano. Jak dotąd sądzili, że ok. 10% wszystkich kwazarów otoczone przez halo. Obecne badania potwierdziły zjawisko u wszystkich dziewiętnastu obiektów poddanych analizie pod kątem tegoż aspektu.

Halo jest rozświetlane przez blask kwazara, który otacza. Otoczka zawiera gaz międzygalaktyczny o względnie niewielkiej temperaturze: 10.000 K.

Obserwacje astronomiczne kwazarów:

Kwazary emitują ogromne ilości światła. Te najjaśniejsze obiekty we wszechświecie świecą 10-100.000 razy jaśniej od naszej Drogi Mlecznej. Światło docierające do przyrządów optycznych na Ziemi musiało pokonać biliony lat świetlnych. Zajęło to fotonom tyleż właśnie lat (fale elektromagnetyczne poruszają się z prędkością światła). Zatem światło które widzimy obserwując kwazary, pochodzi z bardzo odległej przeszłości oraz pokonało ogromną drogę. Do badania kwazarów wykorzystuje się radioteleskopy, które rejestrują promieniowanie radiowe docierające do Ziemi z tych niezmiernie odległych obiektów.

Kwazar 3C 273 jest najodleglejszym znanym obiektem, który można obserwować przy pomocy amatorskiego sprzętu. Jest oddalony od Ziemi o ok. 2,44 miliarda lat świetlnych.

3C 273 znajduje się w konstelacji Panny i wykazuje jasność blisko 13m. Emituje on wieloskładnikowy dżet, który jest widoczny w zakresie fal widzialnych, radiowych, podczerwonych oraz rentgenowskich. Astronomowie odkryli ten obiekt przy użyciu rosyjskiego radioteleskopu kosmicznego Spektr-R, orbitującego 322.000 km nad Ziemią.

Dzięki temu urządzeniu odkryto, że najbardziej znany kwazar, 3C 273 ma znacznie wyższą temperaturę, niż początkowo sądzono: aż 20-40 trylionów Kelwinów.

Kwazar AMP 08279+5255: naukowcy zbadali,.  że w materii otaczającej ten obiekt znajdują się znaczne ilości wody w stanie gazowym. Gazy oraz pył formują coś na kształt torusa otaczającego centralną czarną dziurę. Są one silnie zjonizowane.

Mikrokwazary:

Szczególnym rodzajem kwazarów są obiekty zbudowane z gwiazd będących układem akrecyjnym. Prostopadle do płaszczyzny dysku akrecyjnego, z centralnej jego części emitowane są dżety obfite w fale radiowe. Po środku dysku znajduje się gęsty obiekt ze zdegenerowanej materii, którym jest niewielka czarna dziura (do kilku mas słońca) albo gwiazda neutronowa.

Prędkość drobin wystrzeliwanych w postaci dżetów jest pozornie  wyższa od prędkości światła (pozornie!)- jest to cecha charakterystyczna mikrokwazarów.

Obiekty te są źródłem silnego promieniowania rentgenowskiego (X).

Zarówno u kwazarów jak i u mikrokwazarów występuje akrecja materii przez gęsty obiekt centralny. U kwazarów pochłanianiu ulega materia formującej się galaktyki aktywnej. Z kolei  u mikrokwazarów czarną dziurę (lub gwiazdę neutronową) zasila sąsiednia gwiazda- drugi komponent ciasnego układu binarnego.

Istotną różnicą pomiędzy kwazarami i  mikrokwazarami jest masa gęstego obiektu centralnego. Te pierwsze zawierają supermasywną czarną dziurę, biliony razy cięższą od Słońca. Drugie natomiast posiadają czarną dziurę nie cięższą niż kilka mas słonecznych, albo gwiazdę neutronową.

Jasność mikrokwazarów jest zmienna, a zmiany te są wynikiem zmiennego tempa opadania materii na zwarty obiekt. Do innych przyczyn (krótkookresowych) należy zmienna dynamika samego procesu akrecji.

Przykładowy mikrokwazar: Cygnus X-3- ciasny układ binarny z przepływem materii od jednej składowej do drugiej. Jest widoczny w zakresie fal radiowych, ale przede wszystkim stanowi potężne źródło promieni rentgenowskich. Znajduje się w obszarze Drogi Mlecznej i jest oddalony od Ziemi o blisko 23.000 l.ś.

RGS 1915+105: mikrokwazar będący układem podwójnym akrecyjnym. Składa się z czarnej dziury, na którą opada materia sąsiedniej gwiazdy ciągu głównego. Jest źródłem promieni rentgenowskich. Zlokalizowany jest w okolicach płaszczyzny Drogi Mlecznej, odległy od Ziemi o 40.000 l.ś. Czarna dziura wchodząca w skład RGS 1915+105 ma ok. 14 mas słonecznych. Dżety są widzialne w zakresie podczerwieni, a ich jasność wykazuje ogromną, nieprzewidywalną zmienność: w zakresie kilku sekund do paru miesięcy.

 

Źródło:

  1. T. Redd: „Quasars: Brightest Objects in The Universe”, 2012.
  2. Ze strony internetowej: nasa.gov
  3. ESO (European Souten Observatory) : komunikat naukowy z dn. 26. X 2016r.
  4. Karska „Kwazary i mikrokwazary”, Klub Astronomiczny „Almukantarat”.
  5. Sądowski: „Mikrokwazary”, Urania nr 1/2011.
  6. Ze strony internetowej Chandra X-ray Obserwatory.
  7. Schemat porównawczy kwazara i mikrokwazara: I.F. Mirabel i L.F. Rodriguez, tygodnik „Nature” 16. IV 1998r.

Share This:

Może Ci się również spodoba

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany.