Quasar - Wêreldensiklopedie - Ek wil alles weet - 2020
Raadpleeg Quasar (disambiguasie) vir ander gebruike. Kunstenaarsindruk van kwasar GB1508.
A Quasar (sametrekking van QUASi-ster radiobron) is 'n uiters helder en ver aktiewe kern van 'n jong sterrestelsel. Kwasars is vir die eerste keer geïdentifiseer as bronne met 'n hoë rooi verskuiwing van elektromagnetiese energie, insluitend radiogolwe en sigbare lig. Hulle is puntagtig, soortgelyk aan sterre, eerder as uitgebreide ligbronne, soos sterrestelsels. Alhoewel daar aanvanklik kontroversie was oor die aard van hierdie voorwerpe, is die huidige wetenskaplike konsensus dat 'n kwasar 'n kompakte halo is van materie rondom die sentrale supermassiewe swart gat van 'n jong sterrestelsel.
Kwasars vertoon 'n baie hoë rooi verskuiwing, wat aandui dat kwasars en die aarde vinnig van mekaar wegbeweeg, as deel van die uitbreiding van die heelal. As dit gekombineer word met die wet van Hubble, is die implikasie dat kwasars baie ver is. Om op daardie afstand waarneembaar te wees, moet die energie-uitset van kwasars dwerg soos byna elke bekende astrofisiese verskynsel in 'n sterrestelsel, behalwe vir relatiewe kortstondige gebeure soos supernovae en gammastrale. Kwasars kan maklik energie vrylaat in vlakke gelyk aan die uitset van honderde gemiddelde sterrestelsels saam. Die uitset van lig is gelyk aan een triljoen Suns.
In optiese teleskope lyk kwasars soos enkele ligpunte (d.w.s. puntbron), alhoewel baie van hulle hul "gasheer sterrestelsels" geïdentifiseer het. Die sterrestelsels self is dikwels te dowwe om gesien te word by almal behalwe die grootste teleskope. Die meeste kwasars kan nie met klein teleskope gesien word nie, maar 3C 273, met 'n gemiddelde oënskynlike grootte van 12,9, is 'n uitsondering. Op 'n afstand van 2,44 miljard ligjare is dit een van die mees verafgeleë voorwerpe wat direk met amateuruitrusting sigbaar is.
Sommige kwasars toon vinnige veranderinge in helderheid, wat impliseer dat hulle klein is ('n voorwerp kan nie vinniger verander as die tyd wat dit neem om van die een einde na die ander te reis nie, maar kyk kwasar J1819 + 3845 vir 'n ander verduideliking). Die hoogste rooiverskuiwing wat tans vir 'n kwasar bekend is, is 6,4.1
Daar word vermoed dat kwasars aangedryf word deur die toevoeging van materiaal in supermassiewe swart gate in die kerne van verafgeleë sterrestelsels, waardeur hierdie ligte weergawes van die algemene klas voorwerpe bekend staan ​​as aktiewe sterrestelsels. Geen ander bekende meganisme blyk tans in staat te wees om die groot energie-uitset en vinnige veranderlikheid te verklaar nie.
Kennis van kwasars vorder vinnig. Daar was nog nie 'n duidelike konsensus oor hul oorsprong in die 1980's nie.
Geskiedenis van die kwasaarwaarneming
Die eerste kwasars is in die laat vyftigerjare met radioteleskope ontdek. Baie is opgeneem as radiobronne met geen ooreenstemmende sigbare voorwerp nie. Met behulp van klein teleskope en die Lovell-teleskoop as 'n interferometer, word daar getoon dat hulle 'n baie klein hoekgrootte het.2 Honderde van hierdie voorwerpe is teen 1960 opgeneem en in die Derde Cambridge Catalogue gepubliseer, aangesien sterrekundiges die lug vir die optiese eweknieë gesoek het. In 1960 is radiobron 3C 48 uiteindelik aan 'n optiese voorwerp vasgemaak. Sterrekundiges het op die plek van die radiobron 'n vaalblou ster gelyk of hulle die spektrum bekom. Die anomale spektrum het baie onbekende breë emissielyne bevat, en die interpretasie van 'n groot rooiverskuiwing deur John Bolton is nie algemeen aanvaar nie.
In 1962 is 'n deurbraak bewerkstellig. Daar word voorspel dat 'n ander radiobron, 3C 273, deur die maan vyf okkultasies ondergaan. Metings wat deur Cyril Hazard en John Bolton tydens een van die okkultasies met behulp van die Parkes-radioteleskoop geneem is, het Maarten Schmidt toegelaat om die voorwerp opties te identifiseer en 'n optiese spektrum te verkry met behulp van die 200-duim Hale-teleskoop op die berg Palomar. Hierdie spektrum het dieselfde vreemde emissielyne geopenbaar. Schmidt het besef dat dit eintlik spektrale lyne van waterstof was wat verskuif is teen 'n koers van 15,8 persent. Hierdie ontdekking het getoon dat 3C 273 besig was om te daal met 'n tempo van 47.000 km / s.3 Hierdie ontdekking het 'n rewolusie in die kwasaarwaarneming gemaak en ander sterrekundiges kon rooi verskuiwings van die emissielyne van ander radiobronne vind. Soos vroeër deur Bolton voorspel, is daar gevind dat 3C 48 'n rooi verskuiwing van 37 persent van die ligspoed het.
Die term Quasar is in 1964 deur die Chinese gebore Amerikaanse astrofisikus Hong-Yee Chiu bedoel Fisika vandag, om hierdie verwarrende voorwerpe te beskryf:
Tot dusver word die lomp lange naam "kwasi-sterre radiobronne" gebruik om hierdie voorwerpe te beskryf. Aangesien die aard van hierdie voorwerpe geheel en al onbekend is, is dit moeilik om 'n kort, toepaslike nomenklatuur daarvoor op te stel, sodat hul wesenlike eienskappe uit hul naam duidelik blyk. Vir die gemak word die verkorte vorm "kwasar" dwarsdeur hierdie artikel gebruik.
Later is daar gevind dat nie alle (eintlik slegs 10 persent of so) kwasars sterk radio-emissie het nie (of 'radio-hard' is). Vandaar dat die naam "QSO" (kwasi-sterre voorwerp) (benewens die kwasar) ook gebruik word om na hierdie voorwerpe te verwys, insluitend die radio-luide en die radio-stil klasse.
Een groot onderwerp in die 1960's was of kwasars nabygeleë voorwerpe of verafgeleë voorwerpe was, soos geïmpliseer deur hul rooibeweging. Daar is byvoorbeeld voorgestel dat die rooiwerskuiwing van kwasars nie te wyte was aan die uitbreiding van die ruimte nie, maar eerder aan lig wat uit 'n diep gravitasieput ontsnap. 'N Ster met voldoende massa om so 'n put te vorm, sou egter onstabiel wees en die Hayashi-limiet oorskry.4 Kwasars toon ook ongewone spektrale emissielyne wat voorheen slegs gesien is in warm gasvormige nevelbome met lae digtheid, wat te diffus sou wees om beide die waargenome krag te genereer en in 'n diep gravitasieput in te pas.5 Daar was ook ernstige bekommernisse rakende die idee van kosmologiese verre kwasars. Een sterk argument teen hulle was dat hulle energieë impliseer wat veel meer was as die bekende energie-omskakelingsprosesse, insluitend kernfusie. Op hierdie tydstip was daar 'n paar voorstelle dat kwasars gemaak is van 'n tot dusver onbekende vorm van stabiele antimaterie, en dat dit moontlik verklaar sou word vir die helderheid daarvan. Ander bespiegel dat kwasars 'n witgatpunt van 'n wurmgat is. Toe die produksiemeganismes van akkretisietegnieke egter in die 1970's suksesvol gemodelleer is, het die argument dat kwasars te lig was, grootliks geword, en byna alle navorsers word die kosmologiese afstand van kwasars aanvaar.
In 1979 word die gravitasielenseffek wat voorspel is deur Einstein se Algemene Teorie van Relatiwiteit, vir die eerste keer waarnemend bevestig met beelde van die dubbele kwasar 0957 + 561.6
In die 1980's is eenvormige modelle ontwikkel waarin kwasars as 'n spesifieke soort aktiewe sterrestelsel geklassifiseer is, en 'n algemene konsensus het na vore gekom dat dit in baie gevalle bloot die kijkhoek is wat hulle onderskei van ander klasse, soos blazars en radiostelsels. Die enorme helderheid van kwasars is die resultaat van die aansluitingsskyfies van die sentrale supermassiewe swart gate, wat in die orde van 10 persent van die massa van 'n voorwerp in energie kan omskakel, in vergelyking met 0,7 persent vir die pp-ketting kernfusieproses wat die energie oorheers. produksie in sonagtige sterre.
Hierdie meganisme verduidelik ook waarom kwasars meer algemeen in die vroeë heelal voorkom, aangesien hierdie energieproduksie eindig wanneer die supermassiewe swart gat al die gas en stof daar naby verbruik. Dit beteken dat dit moontlik is dat die meeste sterrestelsels, insluitend die inheemse melkweg, deur 'n aktiewe stadium gegaan het (wat voorkom as 'n kwasaar of 'n ander klas aktiewe sterrestelsel, afhangend van die swartgatmassa en die insnellingsyfer) en nou rustig is omdat hulle nie 'n toevoer van materie om in hul sentrale swart gate te voed om straling te genereer.
Eienskappe van kwasars
Meer as 100.000 kwasars is bekend. Al die waargenome spektra het aansienlike rooi verskuiwings getoon, van 0,06 tot die onlangse maksimum van 6,4. Daarom is alle bekende kwasars op groot afstande van die aarde geleë, waarvan die naaste 240 Mpc (780 miljoen ly) weg is en die verste daarvan 4 Gpc (13 miljard ly) weg is. Dit is bekend dat die meeste kwasars bo die afstand van 1,0 Gpc lê; aangesien lig so lank neem om hierdie groot afstande te dek, sien waarnemers op aarde kwasars soos dit lank gelede bestaan ​​het - die heelal soos in die verre verlede.
Alhoewel hulle opties gesien word, is die hoë rooi verskuiwing daarvan dat hierdie voorwerpe op 'n groot afstand van die aarde lê, en maak kwasars die ligste voorwerpe in die bekende heelal. Die kwasar wat die helderste in ons lug voorkom, is die ultralumineuse 3C 273 in die sterrebeeld van Maagd. Dit het 'n gemiddelde oënskynlike grootte van 12,8 (helder genoeg om deur 'n klein teleskoop gesien te word), maar het 'n absolute grootte van −26,7. Dus, vanaf 'n afstand van 10 parsekse (ongeveer 33 ligjare), sou hierdie voorwerp ongeveer net so helder soos die son in die lug skyn. Die helderheid van hierdie kwasar is dus ongeveer 2 biljoen (2 × 10)12) keer die van die Son, of ongeveer 100 keer die totale lig van gemiddelde reuse-sterrestelsels soos die Melkweg.
Die hiperlumineuse quasar APM 08279 + 5255 het, toe dit in 1998 ontdek is, 'n absolute grootte van −32,2 gekry, hoewel hoë resolusie-beeldvorming met die Hubble-ruimteteleskoop en die 10 m-Keck-teleskoop aan die lig gebring het dat hierdie stelsel gravitasioneel met 'n lens is. 'N Studie van die gravitasielensering in hierdie stelsel dui daarop dat dit met 'n faktor van ~ 10 vergroot is. Dit is steeds aansienlik meer lig as kwasare in die omgewing, soos 3C 273. Daar word gedink dat HS 1946 + 7658 'n absolute grootte van −30,3 het, maar ook dit is vergroot deur die gravitasie-lenseffek.
Daar is gevind dat kwasars in ligsterkte op verskillende tydskale wissel. Sommige wissel elke paar maande, weke, dae of ure in helderheid. Hierdie getuienis het wetenskaplikes in staat gestel om teoretiseer dat kwasars hul energie uit 'n baie klein streek opwek en uitstraal, aangesien elke deel van die kwasar met so 'n tydskaal in kontak met ander dele moet wees om die liggewingsvariasies te koördineer. As sodanig kan 'n kwasar wat wissel op die tydskaal van 'n paar weke nie groter wees as 'n paar ligweke nie.
Kwasars vertoon baie van dieselfde eienskappe as aktiewe sterrestelsels: Straling is nie-ormal, en daar word gesien dat sommige strale en lobbe bevat soos dié van radio-sterrestelsels. Kwasars kan in baie dele van die elektromagnetiese spektrum waargeneem word, waaronder radio-, infrarooi-, optiese-, ultraviolet-, X-straal- en selfs gammastrale. Die meeste kwasars is die helderste in hul rusraam, amper ultraviolet (naby die 1216 angstrom (121.6 nm) Lyman-alpha-uitlaatlyn van waterstof), maar as gevolg van die geweldige rooi verskuiwings van hierdie bronne, is die piek-helderheid tot dusver waargeneem die rooi as 9000 angstrome (900 nm of 0,9 um), in die nabye infrarooi.
Ysterkasars toon sterk emissielyne as gevolg van geïoniseerde yster, soos IRAS 18508-7815.
Generasie van kwasar-emissies
Hierdie siening, geneem met infrarooi lig, is 'n valse kleurafbeelding van 'n kwasar-ster-uitbarsting-tandem met die ligste sterre-uitbarsting wat nog ooit in so 'n kombinasie gesien is. Die kwasar-sterre-uitslag is gevind deur 'n span navorsers van ses instellings.
Aangesien kwasars eienskappe het wat algemeen in alle aktiewe sterrestelsels is, kan die emissies van kwasars maklik vergelyk word met dié van klein aktiewe sterrestelsels wat deur supermassiewe swart gate aangedryf word. Om 'n helderheid van 10 te skep40 W (die tipiese helderheid van 'n kwasar), 'n supermassiewe swart gat sal die materiaalekwivalent van 10 sterre per jaar moet verbruik. Die helderste bekende kwasars verslind elke jaar 1000 sonmassas materiaal. Kwasars word, afhangend van hul omgewing, aan en af, en aangesien kwasars 10 miljard jaar lank nie teen hoë dosisse kan voed nie, word dit na 'n kwasaar die omliggende gas en stof toegerus, word dit 'n gewone sterrestelsel.
Kwasars gee ook 'n paar leidrade rakende die einde van die Big Bang se herintonisering. Die oudste kwasars (z> 4) vertoon 'n trog van Gunn-Peterson en het absorpsiestreke voor hulle wat aandui dat die intergalaktiese medium destyds neutraal gas was. Meer onlangse kwasars toon geen absorpsiestreek nie, maar hul spektra bevat eerder 'n stekelrige gebied wat bekend staan ​​as die Lyman-alfa-woud. Dit dui daarop dat die intergalaktiese medium herionisasie in plasma ondergaan het, en dat neutrale gas slegs in klein wolke bestaan.
'N Ander interessante eienskap van kwasars is dat dit bewys lewer van elemente wat swaarder is as helium, wat aandui dat sterrestelsels 'n massiewe fase van sterformasie ondergaan het, waardeur populasie III-sterre tussen die tyd van die Oerknal en die eerste kwasare waargeneem is. Lig van hierdie sterre is moontlik in 2005 waargeneem met behulp van die Spitzer-ruimteteleskoop van NASA, hoewel hierdie waarneming nog bevestig moet word.
↑ Sloan Digital Sky Survey, drie verre kwasars wat aan die rand van die heelal gevind is. 28 September 2007 herwin.
↑ Jodrell Bank Observatory, The MKI en die ontdekking van Quasars. 28 September 2007 herwin.
↑ Maarten Schmidt, 3C 273: 'n steragtige voorwerp met 'n groot rooi skof. " Natuur. 197: 1040. 28 September 2007 herwin.
↑ S. Chandrasekhar, Die dinamiese onstabiliteit van gasvormige massas wat die Schwarzschildgrens in algemene relatiwiteit benader, Astrophysical Journal, 140:2:417-433.
↑ J. Greenstein en M. Schmidt, 1964, The Quasi-Stellar Radio Sources 3C 48 en 3C, Astrophysical Journal, 140:1:1-34.
↑ Universiteit van Alabama, die dubbele QSO 0957 + 561. 28 September 2007 herwin.
Kembhavi, Ajit K. en Jayant V. Narlikar. 1999. Kwasars en aktiewe galaktiese kerne: 'n inleiding. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521479894
Kidger, Mark. 2007. Kosmologiese enigmas: pulsars, kwasars en ander diepruimtevrae. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. ISBN 0801884608
Melia, Fulvio. 2003. Die rand van oneindigheid. Supermassiewe swart gate in die heelal. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-81405-8
UCSD, ontdekking deur UCSD-sterrekundiges stel 'n kosmiese legkaart: kan 'n 'ver' kwasar binne 'n nabygeleë sterrestelsel lê? 28 September 2007 herwin.