Kwazar - jego struktura i ewolucja

Pierwsze zdjęcia kwazarów wykonano jeszcze w XIX wieku, jednak wtedy nikt nie przypuszczał, że obiekty te mogą być czym innym niż zwykłą gwiazdą. Dopiero w latach pięćdziesiątych XX wieku, obserwując niebo za pomocą radioteleskopów, zauważono silną emisję radiową pochodzącą z kwazarów, zaś pierwsze widmo kwazara otrzymano w 1963 roku. Okazało się, że linie emisyjne w jego widmie są silnie przesunięte ku czerwieni. Zgodnie z prawem Hubble'a oznacza to, że kwazary są obiektami niezmiernie oddalonymi nie tylko od Ziemi, ale nawet od naszej Galaktyki. Ich światło, obserwowane dzisiaj, zostało wysłane miliardy lat temu – badanie kwazarów jest więc równocześnie badaniem dawniejszych etapów rozwoju Wszechświata.

Pierwszym zidentyfikowanym kwazarem był (najjaśniejszy na naszym niebie) 3C 273 w gwiazdozbiorze Panny, odległy o 2,44 miliarda lat świetlnych.

Struktura kwazara

Kwazary, ze względu na ich ogromną jasność, muszą mieć bardzo dużą moc promieniowania, rzędu 10⁴¹W – taką jak cała galaktyka. Jednocześnie niektóre kwazary zauważalnie zmieniają swoją jasność w czasie rzędu dni, zatem muszą być względnie małymi obiektami, wielkości mniej więcej Układu Słonecznego (obiekt nie może zmienić się w czasie krótszym, niż czas potrzebny światłu na dotarcie z centrum do krańców). Obecnie wiemy, że kwazar jest rodzajem aktywnej galaktyki, a obserwowane światło pochodzi z obszaru jej jądra.

Niezwykle silne promieniowanie kwazara powstaje w dysku akrecyjnym masywnej czarnej dziury, znajdującej się w jądrze galaktyki. Gaz i pył, opadające na dysk, rozgrzewają się do ogromnych temperatur i emitują wielkie ilości promieniowania. Także w centrum naszej Galaktyki istnieje źródło emisji radiowej, podczerwonej i rentgenowskiej o nazwie Sgr A*. Jest to masywna czarna dziura, ale nieporównywalnie mniej aktywna – gdyby Droga Mleczna była kwazarem, życie na Ziemi mogłoby nie istnieć.

Część kwazarów (około 10 procent) jest bardzo aktywna radiowo, i oprócz dysku akrecyjnego ma silne dżety świecące przede wszystkim radiowo, ale także często w zakresie optycznym i rentgenowskim oraz gamma.

8 stycznia 2007 na kongresie Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Seattle ogłoszono odkrycie pierwszego przypadku potrójnego kwazara. Odkrycia dokonała grupa z hawajskiego WM Keck Observatory.

Ewolucja kwazarów

Obecnie znamy już około 100 000 kwazarów, przede wszystkim dzięki przeglądowi nieba Sloan Digital Sky Survey. We współczesnej epoce (czyli w odległościach mniejszych niż miliard lat świetlnych) kwazary występują rzadko. Większość kwazarów jest bardzo odległa, najliczniej występują w odległościach około 10 miliardów lat świetlnych (przy przesunięciu ku czerwieni około 2). W jeszcze większych odległościach liczba kwazarów wydaje się maleć, ale poszukiwania najbardziej odległych obiektów są trudne. Najdalszy obecnie znany kwazar, odkryty w 2007 r., znajduje się w odległości około 12,7 miliarda l.ś. (jego przesunięcie ku czerwieni to 6,43^[1]). Prowadzone dalsze poszukiwania nie zaowocowały jak dotychczas (grudzień 2009) nowym rekordem odległości^[2].

Ponieważ świecenie kwazarów jest efektem spływu materii do masywnej czarnej dziury, masa czarnej dziury w kwazarze nieustannie rośnie w trakcie ewolucji. Wyczerpuje się zarazem dostępna materia, i pod koniec ewolucji pozostają masywne czarne dziury w galaktykach, które już nie wykazują silnej aktywności charakterystycznej dla kwazarów. Takie bardzo masywne czarne dziury istnieją w pobliskich galaktykach, na przykład w M87.

Ewolucja kwazarów przebiega w podobnym tempie jak powstawanie gwiazd – wykresy liczby kwazarów na jednostkę objętości i wykresy jasności młodych gwiazd na jednostkę objętości, w zależności od przesunięcia ku czerwieni mają bardzo podobny kształt, co zauważono już w 1998 roku (Boyle and Trelevich, także Richstone i inni). Wskazuje to, że ewolucja kwazarów ma ścisły związek z ewolucją gwiazd w galaktykach. Najnowsze badania potwierdzają ten fakt (Zheng et al. 2009). Dokładna natura związku pomiędzy centralną czarną dziurą, na którą spada materia, a otaczającą tę czarną dziurę formującą się dopiero galaktyką nie jest jeszcze dobrze poznana, a proces jest zapewne bardzo złożony. Z jednej strony, w otoczeniu czarnej dziury, a precyzyjniej, w otaczającym ją dysku akrecyjnym mogą formować się młode gwiazdy, które rozbłyskują jako gwiazdy supernowe i wzbogacają materię galaktyki w pierwiastki cięższe. Z drugiej strony, silne promieniowanie kwazara oraz wiatr lub dżet towarzyszący aktywnej fazie ogrzewa otoczenie i działa hamująco na tempo powstawania gwiazd w dalszym otoczeniu aktywnego jądra.

Źródło: Wikipedia (autorzy, na licencji CC-BY-SA 3.0)