Քվազարների պատմությունը և բացատրությունը

Քվազարների պատմությունը և բացատրությունը

Քվազարները տիեզերքի ամենաառեղծվածային և ամենապայծառ մարմիններից են։ Չնայած նրանց ֆիզիկական չափերը միշտ չէ, որ շատ ավելի մեծ են, քան Արեգակնային համակարգը, քվազարները կարող են ճառագայթել էներգիա, որը գերազանցում է գալակտիկայի հարյուր միլիարդավոր աստղերի համակցված լույսը։ Այս լույսը գալիս է այնքան մեծ հեռավորությունից, որ երբ մենք դրանք դիտարկում ենք, մենք, ըստ էության, նայում ենք տիեզերքի «անցյալին»։ Քվազարները հասկանալու համար մենք պետք է հաշվի առնենք երկու բան՝ դրանց հայտնաբերման պատմությունը և ֆիզիկան, որը բացատրում է դրանց ծայրահեղ պայծառությունը։

Ի՞նչ է Քվազարը։

«Քվազար» տերմինը ծագել է քվազիաստղային ռադիոաղբյուրի («աստղանման» ռադիոաղբյուր) հապավումից։ Սկզբում քվազարները օպտիկական աստղադիտակների միջոցով երևում էին որպես լույսի փոքր, աստղանման կետեր, բայց դրանք իրականում արձակում էին չափազանց հզոր ռադիոալիքներ։ Աստղագիտության զարգացմանը զուգընթաց քվազարները հասկացվեցին որպես ակտիվ գալակտիկական միջուկներ (ԱԳՆ), որոնք սնվում էին գալակտիկաների կենտրոններում գտնվող գերզանգվածային սև խոռոչներից։

Քվազարները «հսկա աստղեր» չեն, այլ երևույթներ, որոնք տեղի են ունենում, երբ գերզանգվածային սև խոռոչները՝ որոնց զանգվածը միլիոնավորից մինչև միլիարդավոր անգամ գերազանցում է Արեգակի զանգվածը, ներքաշում են շրջակա գազն ու փոշին։ Այս նյութը ձևավորում է շատ տաք ակրեցիոն սկավառակ (պտտվող սկավառակ)։ Այս սկավառակում շփման և մագնիսական պրոցեսները գրավիտացիոն էներգիան վերածում են էլեկտրամագնիսական ճառագայթման՝ ռադիոալիքներից, ինֆրակարմիր, տեսանելի, ուլտրամանուշակագույն և նույնիսկ ռենտգենյան ճառագայթներից։

Քվազարների հայտնաբերման պատմությունը

1. Ռադիոաստղագիտության սկիզբը (1940-ականներ–1950-ականներ)
Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից հետո ռադիոաստղագիտությունը ծաղկում ապրեց։ Աստղագետները սկսեցին քարտեզագրել երկինքը ռադիոալիքներով և հայտնաբերեցին բազմաթիվ հզոր ռադիոաղբյուրներ, որոնք դժվար էր նույնականացնել տեսանելի լույսի ներքո։ Որոշ աղբյուրներ երևում էին որպես աստղանման փոքրիկ կետեր, այլ ոչ թե որպես խիտ, գալակտիկաանման մթնշաղներ։

Այս ընթացքում աստղագետները նկատեցին մի քանի «տարօրինակ» օբյեկտներ. ռադիոյում շատ պայծառ էին, բայց պարզ չէր, թե դրանք ինչ էին։

2. 3C 273-ի հայտնաբերումը և խոշոր առաջընթացը (1960-ականներ)
1960-ականների սկզբին տեղի ունեցավ նշանակալի իրադարձություն, երբ Քեմբրիջի կատալոգի ռադիոաղբյուրները (օրինակ՝ 3C 48 և 3C 273) հետագայում ուսումնասիրվեցին։ 3C 273-ը դարձավ առաջին քվազարը, որը միանշանակորեն նույնականացվեց։

Հիմնական իրադարձությունը օկուլտացիայի դիտարկումն էր (երբ Լուսինն անցնում է ռադիոաղբյուրի առջևով), որը օգնեց մեծ ճշգրտությամբ որոշել 3C 273-ի դիրքը։ Այս ճշգրիտ դիրքավորման շնորհիվ աստղագետները կարողացան գտնել դրա օպտիկական համարժեքը՝ պայծառ «աստղ», որը, պարզվեց, ուներ տարօրինակ սպեկտր։

1963 թվականին աստղագետ Մաարտեն Շմիդտը 3C 273-ի սպեկտրալ գծերը մեկնաբանեց որպես մեծ կարմիր շեղում ունեցող ջրածնի գծեր: Սա նշանակում էր, որ օբյեկտը շատ հեռու էր և շատ արագ հեռանում էր տիեզերքի ընդարձակման պատճառով: Եթե այն այդքան հեռու էր, ապա այդքան պայծառ թվալու համար քվազարը պետք է ունենար աներևակայելիորեն բարձր լուսատվություն: Այս հայտնագործությունը ցնցեց աստղագիտությունը. օբյեկտ, որը ֆանտաստիկ քանակությամբ էներգիա էր ճառագում համեմատաբար փոքր տարածքից:

3. Տեսության քննարկում և համախմբում (1960-ականներ–1970-ականներ)
Մեծ կարմիր շեղումների հայտնաբերումից հետո վեճ առաջացավ. արդյո՞ք քվազարների կարմիր շեղումները իսկապես տիեզերական էին (տիեզերքի ընդարձակման պատճառով), թե՞ կային այլ մեխանիզմներ: Սակայն ժամանակի ընթացքում կուտակվեցին ապացույցներ, որ քվազարները իսկապես գտնվում էին տիեզերաբանական հեռավորությունների վրա:

Այս ժամանակահատվածում էր նաև այն գաղափարը, որ քվազարները ակտիվ գալակտիկական միջուկներ են։ Քվազարների էներգիան բացատրելու համար անհրաժեշտ էր բարձր արդյունավետությամբ «կենտրոնական շարժիչի» հայեցակարգը։ Ամենահավանական էներգիայի աղբյուրը սև խոռոչների վրա նյութի կուտակումն էր՝ մի գործընթաց, որը շատ ավելի արդյունավետ է, քան աստղերի միջուկային միաձուլումը։

4. Ժամանակակից աստղադիտակների և քվազարների քարտեզագրման դարաշրջանը (1980-ականներ–մեր օրեր)
Երկրի վրա մեծ աստղադիտակների և «Հաբլի» նման տիեզերական աստղադիտակների, ինչպես նաև մեծածավալ երկնքի հետազոտությունների (օրինակ՝ «Սլոանի թվային երկնքի հետազոտություն»/SDSS) շնորհիվ հայտնի քվազարների թիվը կտրուկ աճել է։ Քվազարներ հայտնաբերվել են դեռևս վաղ տիեզերքում, երբ տիեզերքը ընդամենը հարյուր միլիոնավոր տարեկան էր։ Սա կարևոր հարց է առաջացնում. ինչպե՞ս կարող են գերզանգվածային սև խոռոչները այդքան արագ աճել։

Ժամանակակից հետազոտությունները նաև պարզել են, որ քվազարները հաճախ հանդիպում են փոխազդեցությունների կամ բախումների ենթարկվող գալակտիկաներում, քանի որ այս գործընթացները կարող են գազն ուղղորդել դեպի գալակտիկայի կենտրոն և «սնուցել» սև խոռոչը։

Ինչպե՞ս կարող են քվազարները այդքան պայծառ լինել։

1. Ակրեցիայի սկավառակ և գրավիտացիոն էներգիայի փոխակերպում
Քվազարի լուսատվության բանալին դրա ակրեցիոն սկավառակն է։ Սև խոռոչի գրավիտացիոն դաշտի մեջ ընկնող նյութը անմիջապես չի «անհետանում», այլ պտտվում է՝ ձևավորելով սկավառակ։ Սկավառակի ներսում գազի մասնիկները շփվում են միմյանց հետ և տուրբուլենտորեն խառնվում՝ տաքացնելով դրանք մինչև միլիոնավոր աստիճաններ։ Այս ջերմությունը առաջացնում է ինտենսիվ ճառագայթում, հիմնականում ուլտրամանուշակագույն և ռենտգենյան ճառագայթներ։

Սև խոռոչի վրա ակրեցիոն էներգիայի արդյունավետությունը կարող է կազմել մոտ 10% (արագ պտտվող սև խոռոչների համար նույնիսկ ավելի բարձր): Համեմատեք սա աստղերի միջուկային միաձուլման հետ, որը նրանց զանգվածի միայն մոտ 0,7%-ը վերածում է էներգիայի: Ահա թե ինչու քվազարները կարող են գերազանցել գալակտիկաներին:

2. Հարաբերական ռեակտիվ ճառագայթում
Շատ քվազարներ ունեն «շիթեր»՝ մասնիկների բարձր էներգիայի շիթեր, որոնք արձակվում են սև խոռոչի բևեռների մոտից՝ լույսի արագությանը մոտ արագությամբ: Այս շիթերը ուղղորդվում են մագնիսական դաշտերով և կարող են տարածվել գալակտիկայի չափերից շատ ավելի հեռու: Եթե շիթերը ուղղված են մեր տեսադաշտին ավելի մոտ, քվազարը կարող է ավելի պայծառ թվալ ռելյատիվիստական ​​էֆեկտների (Դոպլերյան պայծառացում) պատճառով:

3. Տիպիկ արտանետման գծի շրջաններ
Քվազարների սպեկտրները ունեն լայն և նեղ ճառագայթման գծեր։ Լայն գծերը սկիզբ են առնում կենտրոնին մոտ արագ շարժվող գազից (վայրկյանում հազարավոր կիլոմետրեր), մինչդեռ նեղ գծերը սկիզբ են առնում ավելի հեռու և ավելի դանդաղ շարժվող գազից։ Այս գծերի վերլուծությունը օգնում է աստղագետներին չափել սև խոռոչի զանգվածը և գալակտիկայի կենտրոնում գազի վիճակը։

Քվազարները և տիեզերքի էվոլյուցիան

Քվազարները պարզապես հեռվում գտնվող «պայծառ լույսեր» չեն, դրանք տիեզերքի պատմության կարևոր նշիչներ են։

1. Երիտասարդ տիեզերքի տեսլականը. Քանի որ շատ քվազարներ այդքան հեռու են, դրանց լույսը գալիս է այն ժամանակներից, երբ գալակտիկաները նոր էին սկսում ձևավորվել: Քվազարները մեզ օգնում են ուսումնասիրել տիեզերական կառուցվածքների ձևավորման վաղ դարաշրջանը:

2. Դերը գալակտիկաների ձևավորման մեջ. Քվազարներից եկող էներգիան կարող է տաքացնել կամ դուրս մղել գազը գալակտիկաներից (հետադարձ կապ), այդպիսով դադարեցնելով աստղերի ձևավորումը կամ կարգավորելով գալակտիկաների աճի տեմպը։

3. Միջգալակտիկական նյութի չափում. Քվազարի լույսը անցնում է գազի միջով միջգալակտիկական տարածությունում: Այս գազը քվազարի սպեկտրում թողնում է «հետք» կլանման գծերի (Լայման-ալֆա անտառ) տեսքով: Դրանից ելնելով՝ աստղագետները քարտեզագրում են ջրածնի բաշխումը և տիեզերքի մեծածավալ կառուցվածքը:

Քվազարները դեռևս գաղտնիք են պահում

Չնայած գերզանգվածային սև խոռոչների և ակրեցիոն սկավառակների մոդելը շատ հուսալի է, շատ հարցեր մնում են անպատասխան։ Օրինակ՝ ինչպե՞ս են ձևավորվել առաջին սև խոռոչների սերմերը։ Ինչո՞ւ են որոշ քվազարներ ցուցաբերում արագ փոփոխականություն։ Ինչպե՞ս են մագնիսական դաշտերը ձևավորում շիթերը։ Եվ ինչո՞ւ են որոշ գալակտիկաներ ունենում ակտիվ միջուկներ, մինչդեռ մյուսները «հանգիստ» են։

Նոր սերնդի աստղադիտակների՝ ինչպիսիք են Ջեյմս Ուեբի տիեզերական աստղադիտակը (JWST) և ժամանակակից ռադիոաստղադիտարանների առաջընթացը, շարունակում են ընդլայնել քվազարների դիտարկման սահմանները՝ հասցնելով դրանք ավելի մեծ հեռավորությունների և ավելի մանրամասնությունների։ Արդյունքում, քվազարները մնում են կարևորագույն բնական լաբորատորիաներ՝ ծայրահեղ ֆիզիկան ստուգելու և տիեզերքի պատմությունը հասկանալու համար։

Penutup

Քվազարների պատմությունը օրինակ է այն բանի, թե ինչպես կարող են տեխնոլոգիան և գիտական ​​մեկնաբանությունը փոխակերպել տիեզերքի մասին մարդկային ընկալումը: Աստղերի նմանվող ռադիոճառագայթներից սկսած՝ քվազարները այժմ ընկալվում են որպես գերզանգվածային սև խոռոչների կուտակմամբ լուսավորված գալակտիկաների միջուկներ: Դրանց պայծառությունը ոչ միայն զարմանալի է, այլև ծառայում է որպես «տիեզերական փարոսներ», որոնք օգնում են մեզ ուսումնասիրել վաղ տիեզերքը: Քանի որ դիտարկումներն ու տեսությունները շարունակում են զարգանալ, քվազարները կմնան ժամանակակից աստղագիտության ամենակարևոր օբյեկտներից մեկը:

Եթե ​​ցանկանաք, կարող եմ ավելացնել հանրաճանաչ ընթերցանության հղումների ցանկ կամ ստեղծել հոդվածի ավելի պարզ տարբերակ դպրոցականների համար, կամ ավելի տեխնիկական տարբերակ՝ ավելի համապարփակ աստղաֆիզիկայի տերմիններով։