Какво представляват квазарите – едни от най-древните и далечни обекти, познати на астрономите?

Ч ерните дупки са едни от най-загадъчните космически обекти, познати на астрономите. Те са предмет на редица изследвания, но въпреки това повечето им тайни продължават да са неразгадани.

Все пак, едно нещо изглежда пределно ясно и абсолютно неопровержимо – черните дупки са, разбира се, черни.

🔭 @NASAHubble is seeing double! Peering back 10 billion years into the universe's past, astronomers found a pair of quasars that are so close to each other they look like a single object in ground-based telescopic photos, but not in Hubble’s view: https://t.co/LeZbIBtIAt pic.twitter.com/1AEfCoKJ8s

— NASA (@NASA) April 7, 2021

Но знаете ли, че при определени условия някои от тях се превръщат в най-ярките обекти във Вселената?

Историята на едно изненадващо откритие

През 50-те години на миналия век, когато радиоастрономията започва да се развива с бързи темпове, учените откриват малък брой галактики с необичайни свойства, за които по това време няма обяснение.

Въпросните обекти излъчват големи количества радиация в различни честоти на електромагнитния спектър. Оптически обаче тези обекти или не могат да бъдат наблюдавани, или изглеждат като бледи и далечни звезди. Спектралните линии, които биха разкрили химичния им състав, също са много странни, а на всичкото отгоре някои от тях променят яркостта си изключително бързо.

Загадъчните обекти са определени от астрономите като „квази-звездни“ (на английски език: quasi-stellar objects), откъде по-късно идва и името, с което стават известни – квазари.

В края на 50-те и началото на 60-те години на миналия век са открити голям брой квазари. Много от тях са описани единствено като радиоизточници, но без съответстващ видим обект.

През 1963 г. учените Алан Сандидж и Томас Матюс засичат нещо, което изглежда като бледа синя звезда, но спектърът ѝ съдържа непознати широки емисионни вълни. Обектът е наречен 3С 48 и остава в историята като първия идентифициран квазар.

През следващите години астрономът Джон Болтън провежда редица изследвания и прави предположението, че излъчването от квазарите представлява обикновени спектрални линии с голямо червено отместване (причина за това е Доплеровият ефект, при който източникът на сигнала се отдалечава от приемника. В резултат, линиите на химичните елементи се отместват към червения край на спектъра заради увеличаването на дължината на вълната), идващи от далечни източници, движещи се с висока скорост.

Using @NASA_Hubble's infrared vision, astronomers see the 'teenage years' of quasars: http://t.co/ybOgU9wLyq pic.twitter.com/Jt01l0rJmz

— NASA (@NASA) June 18, 2015

Какво всъщност са квазарите?

Днес вече знаем, че квазарите са далечни и изключително ярки обекти, светлината от които търпи червено изместване заради разширяването на Вселената. Те представляват свръхмасивни черни дупки, разположени в центъра на далечни галактики.

В интерес на истината, много галактики са „приютили“ черни дупки в своята сърцевина. Подобен чудовищен обект има и в центъра на Млечния път – неговата маса е около 4,3 млн. пъти по голяма от тази на Слънцето.

Ние знаем за съществуването на черните дупки от движението на обектите около тях, а освен това те понякога разкъсват и поглъщат някоя звезда с помощта на мощната си гравитация.

Квазарите обаче са нещо различно. Те представляват черни дупки, намиращи се в галактики с големи количества междузвезден газ (предполага се, че в някои случаи това е резултат от сливането на две галактики), които излъчват до хиляда пъти повече енергия от Млечния път. Когато попадне в капана на гравитацията на черната дупка, въпросният газ започва да се върти около нея и да се нагрява, преди да бъде погълнат.

Wispy, goblin-green objects near dead quasars flickered to life & then faded: http://t.co/BO6oJljK2D @NASA_Hubble pic.twitter.com/a5FkEDbI7i

— NASA (@NASA) April 2, 2015

Този процес е свързан с интензивни излъчвания в целия електромагнитен спектър.

Неутолим глад

Астрономите смятат, че във всяка голяма галактика се крие по една свръхмасивна черна дупка, но само малка част от тях разполагат с достатъчни количества материя в определена орбита в центъра си, за да влязат в групата на квазарите.

Това обяснява защо тези обекти са по-често срещани в ранната Вселена (и съответно са толкова отдалечени от нас.

Най-близкият до Земята квазар е Маркариян 231, който се намира на около 600 млн. светлинни години от планетата ни).

Генерирането на огромни количества енергия, свързано с квазарите, завършва тогава, когато свръхмасивната черна дупка изконсумира всички газове и прах около себе си. По тази причина се смята, че е възможно повечето галактики да се преминали през подобен етап в своето развитие, преди да са изчерпали запасите си от материя в своите центрове.

Трябва да се отбележи и още нещо важно: квазарите могат да се активират повторно. Подобен сценарий би бил възможен при сливането на две галактики. По този начин черната дупка в центъра на едната ще получи свеж източник на материя.

Using @NASAHubble and a new observing technique, astronomers have found that dark matter forms much smaller clumps than previously known. How the research team targeted eight powerful and distant quasars to calculate tiny dark matter concentrations: https://t.co/pQ4ltnOGmk pic.twitter.com/zqn627Qqiy

— NASA (@NASA) January 9, 2020

Астрономите предполагат, че такова нещо ще се случи, когато Млечният път се сблъска със съседната галактика Андромеда след около 3–5 млрд. години.

Най-далечният квазар

В началото на настоящата година международен екип от астрономи обяви, че е открил най-далечния квазар. Той се намира на изумителните 13 млрд. светлинни години от Земята, масата му е приблизително 300 млн. пъти по-голяма от тази на Слънцето, а освен това е и около 1000 пъти по-ярък от Млечния път.

Според данните, с които разполагат учените, въпросният квазар, наречен P172+18, се е образувал едва около 780 млн. години след Големия взрив и е сред най-старите обекти във Вселената, откривани някога.

Един от най-сложните въпроси, свързани с P172+18, е как черната дупка е станала толкова масивна. Отговорът може да се крие в мощните струи радиовълни, които той излъчва.

„Изследванията показват, че наличието на такива струи може да увеличи скоростта, с която черната дупка поглъща материя. По този начин тя може да се уголеми размерите си изключително бързо“, обяснява Киара Мазучели, която е един от откривателите на P172+18.

"В същото време, струите могат да повлияят и на начина, по който се образуват нови звезди в галактиката около черната дупка“, добавя тя.

Когато астрономите сравнили получените от тях данни с наблюдения на същия район, направени преди повече от две десетилетия, установили нещо изненадващо: квазарът е загубил половината си яркост. Това означава, че той вероятно навлиза в последния етап от живота си.

Вижте още:

Една от най-изумителните метаморфози в историята

Малките сиви извънземни – историята на един културен феномен

„Земята е куха и под повърхността ѝ се крие непознат свят“

Птиците не са истински – историята на една от най-абсурдните конспиративни теории

Неразгадаема мистерия на 3700 години

Парадокси, митове и истини за пътуването във времето

Шест загадки около Нептун, които „измъчват“ астрономите