Astronomia
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Astronomia > Galaktyki  
  Tematy
- Historia astronomii
- Narzędzia i metody astronomii
- Astronomia sferyczna i praktyczna
- Badania kosmiczne
- Układ Słoneczny
- Słońce
- Galaktyki
- Typy i klasyfikacja galaktyk
- Promieniowanie galaktyk normalnych
- Powstanie i ewolucja galaktyk
- Ciemna materia w galaktykach
- Galaktyki aktywne
- Radioźródła pozagalaktyczne
- Galaktyki Seyferta
- Kwazary
- Lacertydy
- Aktywne jądra galaktyk
- Rozmieszczenie galaktyk
- Układ Lokalny galaktyk
- Grupy galaktyk
- Supergromada Lokalna
- Gromady galaktyk
- Ciemna materia
- Kosmologia
- Gwiazdozbiory całego roku
- Eseje

  Szukacz




Kwazary

Punktowe obiekty optyczne widoczne na niebie w miejscach niektórych radioźródeł zostały na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych nazwane kwazarami (QSO, ang. quasi-stellar object - obiekt gwiazdopodobny). W wyniku systematycznych poszukiwań kwazarów różnymi metodami współczesna definicja tych obiektów zawiera następujące elementy: a) obraz kwazara na zdjęciu jest nieodróżnialny od gwiazdy; b) w widmie kwazara występują szerokie linie emisyjne; c) widmo kwazara jest silnie przesunięte w stronę fal długich (przesunięcie widma ku czerwieni); d) widmo ciągłe (kontinuum) wykazuje nadwyżkę promieniowania w nadfiolecie (ultrafiolecie). Blask wielu kwazarów zmienia się w skali miesięcy lub lat. Natomiast duża jasność radiowa cechuje jedynie około 10% kwazarów. To doskonała ilustracja roli, jaką w astronomii odgrywa selekcja obserwacyjna. Po raz pierwszy kwazary zwróciły uwagę astronomów promieniowaniem radiowym, gdyż w dziedzinie optycznej mają niepozorny wygląd, przypominając gwiazdy z naszej Galaktyki. Gdyby w poszukiwaniach kwazarów stosować nadal tylko kryterium radiowe, 90% tych obiektów wciąż czekałoby na odkrycie.

Linie emisyjne dzielą się na dwie grupy: stosunkowo wąskie, odpowiadające zarówno przejściom dozwolonym, jak i wzbronionym o szerokościach dopplerowskich w przedziale 300-1500 km/s (typowo 600 km/s) oraz szerokie linie dozwolone z charakterystycznymi szerokościami 1000-10 000 km/s. W niektórych obiektach obserwujemy zmianę natężenia szerokich linii podobne do zmian widma ciągłego; wąskie linie nie wykazują zauważalnej zmienności. Obecność dwu grup linii oznacza istnienie dwóch obszarów o odmiennych własnościach fizycznych. Wąskie linie są emitowane przez otaczające aktywne centrum obłoki gazu, w których gęstość cząstek wynosi 109-1012 m-3, a temperatura (1-2) x 104 kelwinów. Najczęściej obserwuje się linie wodoru (H), helu (He), węgla (C), azotu (N), tlenu (O), magnezu (Mg) oraz żelaza (Fe), jedno- i wielokrotnie zjonizowanych. Względne natężenia linii są podobne do rozkładu natężeń obserwowanych w widmach mgławic planetarnych. Oznacza to, że głównym mechanizmem wzbudzenia jest fotojonizacja. Promieniowanie jonizujące pochodzi z kontinuum emitowanego z rejonów leżących bliżej środka obiektu. Obszar zajmowany przez świecące w wąskich liniach obłoki rozciąga się do odległości rzędu 100 parseków (pc) od źródła promieniowania ciągłego, ale obłoki wypełniają jedynie ułamek tej objętości. Ruch obłoków w zajmowanym obszarze pozostaje niewyjaśniony. Z symetrycznych kształtów linii można wnioskować, że nie mamy do czynienia ani z uporządkowanym wypływem materii na zewnątrz, ani ze spadaniem ku centrum. Zapewne obłoki obiegają centrum po chaotycznie zorientowanych orbitach. Całkowitą masę gazu tworzącego obłoki ocenia się na 105 M; jest to parę rzędów wielkości mniej niż łączna masa gwiazd znajdujących się w tym obszarze.

Obszar emitujący szerokie linie znajduje się bliżej centrum aktywności i ma rozmiary rzędu parseka (1 pc). Jego budowa pozostaje nie do końca wyjaśniona. Całkowita masa świecącego gazu nie przekracza 10 M i zajmuje on znikomą część objętości obszaru. Gaz występuje zapewne w postaci obłoków poruszających się w polu grawitacyjnym położonej w środku czarnej dziury. Niewykluczone, że tworzy bardziej regularną strukturę i wchodzi w skład zewnętrznych części dysku akrecyjnego. Linie mają na ogół duże natężenie i łatwo je zaobserwować. W widmie każdego kwazara widoczne są linie wodoru serii Lymana i Balmera oraz (na ogół) wiele linii innych najbardziej rozpowszechnionych we Wszechświecie pierwiastków (neutralnych, jedno- i kilkakrotnie zjonizowanych): helu (He), węgla (C), azotu (N), tlenu (O), magnezu (Mg), krzemu (Si) i żelaza (Fe). Obecność jednych, a brak innych linii dozwolonych nakłada silne ograniczenia na gęstości gazu N: 1014 < N < 1016 m-3. Podobnie jak w przypadku wąskich linii, szerokie powstają w wyniku fotojonizacji zewnętrznych warstw obłoków przez nadfioletowe widmo ciągłe, a warstw głębiej położonych - przez promieniowanie rentgenowskie.

Widmo ciągłe kwazarów obejmuje bardzo szeroki zakres promieniowania. Typowy obiekt jest silnym źródłem od podczerwieni do twardych promieni X. Ilość energii wysyłana przez kwazar w każdym z tych przedziałów widma pozostaje w przybliżeniu jednakowa. Dla kwazarów aktywnych radiowo regułę tę można rozszerzyć na fale radiowe. W obszarze widzialnym i bliskiego nadfioletu występuje z reguły nadwyżka promieniowania, którą przypisuje się emisji termicznej dysku akrecyjnego otaczającego czarną dziurę. Mechanizmu produkcji całego kontinuum nie udało się jeszcze w pełni wyjaśnić. W niektórych obiektach jest to zapewne promieniowanie synchrotronowe, jednakże za emisję w podczerwieni często odpowiada gorący pył znajdujący się w obszarach zewnętrznych w stosunku do dysku akrecyjnego.

...powiększenie  >>>
Różne galaktyki zawierające kwazary. Obrazy w lewej kolumnie przedstawiają galaktyki o normalnej budowie: na górze - kwazar PG0052-251 z przesunięciem widma ku czerwieni wynoszącym z = 0,155 znajduje się w centrum "zwyczajnej" galaktyki spiralnej; na dole - kwazar PHL 909 (z = 0,171) w centrum galaktyki eliptycznej. W kolumnie środkowej: na górze - kwazar IRAS04505-2958 (z = 0,286) znajduje się w środku obrazu i jest związany ze zdeformowaną galaktyką spiralną, której najwyraźniejsze fragmenty są widoczne w dolnej części zdjęcia (obiekt powyżej jest gwiazdą Drogi Mlecznej); na dole - kwazar PG1012-008 (z = 0,185) (w środku obrazu) znajduje się w odległości około 10 kiloparseków od zniekształconej galaktyki leżącej bezpośrednio poniżej kwazara; zwarta galaktyka po lewej stronie również może należeć do układu. W kolumnie prawej: na górze - z galaktyki zawierającej kwazar 0316-346 (z = 0,26) rozciąga się rozległy warkocz materii, świadczący o niedawnym oddziaływaniu z inną (niewidoczną na zdjęciu) galaktyką; na dole - kwazar IRAS13218-0552 (z = 0,205) w centrum dwóch galaktyk, znajdujących się zapewne w fazie łączenia. Fot. HST/NASA.

Widma kwazarów i galaktyk Seyferta wykazują podobieństwa zarówno w kontinuum, jak i w widmie liniowym. Obecnie przyjmujemy, że obie klasy obiektów tworzą w rzeczywistości jedną obszerną kategorię galaktyk aktywnych, w której kwazary i galaktyki Seyferta różnią się jedynie skalą aktywności (intensywnością procesów w aktywnym jądrze) i odległością od obserwatora. Obiekty bliższe i ze stosunkowo niskim poziomem aktywności (słabszym jądrem) zostały sklasyfikowane jako galaktyki Seyferta, gdyż ich obrazy na zdjęciach pozwalały dostrzec nie tylko aktywne jądro, lecz otaczającą je galaktykę, natomiast bardziej odległe, z jądrem przewyższającym jasnością całą macierzystą galaktykę, dają na zdjęciach obraz punktowy, gdyż słaba poświata galaktyki została zagłuszona emisją jądra; są zatem w świetle podanej wyżej definicji kwazarami. Położenie granicy oddzielającej galaktyki Seyferta od kwazarów jest określone w dużej mierze przez zasięg teleskopu. Nic dziwnego, że wokół niezbyt odległych kwazarów, stosując bardzo czułe detektory, można obecnie dostrzec słabe otoczki. To obrazy galaktyk, których jądra stanowią kwazary. Aby sposób zaklasyfikowania obiektu nie zależał od rozmiarów teleskopu, definicję kwazara jako obiektu punktowego zastępuje się ostatnio kryterium jasności absolutnej: aktywne jądro o jasności absolutnej większej niż -23 wielkości gwiazdowe (-23m) jest kwazarem, a słabsze - galaktyką Seyferta, bez względu na obecność na zdjęciu otoczki lub jej brak.

Dzięki swej dużej jasności absolutnej kwazary są widoczne z wielkich odległości. Często odległości te są porównywalne z rozmiarami całego obserwowalnego Wszechświata. Światło od kwazara biegnie wówczas wiele miliardów lat. W tym czasie w wyniku ogólnej ekspansji Wszechświat znacząco się rozszerzył i proporcjonalnie wzrosła też odległość do kwazara. Dla uniknięcia niepewności, do jakiego momentu odnosi się pomiar odległości, w przypadku kwazarów z reguły rezygnujemy z określania odległości w tradycyjnym sensie za pomocą kilometrów lub parseków, a korzystamy z prawa Hubble'a; wyrażamy wówczas odległość, podając wielkość przesunięcia widma ku czerwieni. Kwazary są obiektami stosunkowo rzadkimi; przeciętnie na 10 tysięcy galaktyk przypada jeden kwazar. Jest to wielkość orientacyjna, gdyż gęstość przestrzenna jasnych kwazarów ulegała w przeszłości bardzo silnym zmianom. Zjawisko to nosi nazwę ewolucji kosmicznej kwazarów i jego natura nie została w pełni wyjaśniona. Obserwacje wskazują jednoznacznie, że liczba kwazarów w ciągu ostatnich 7-9 miliardów lat systematycznie spadała i obecnie jasne kwazary są wyjątkowo nieliczne. Patrząc na obiekty odległe, widzimy je takimi, jakimi były w momencie wysyłania światła, które właśnie teraz do nas dociera. Informacje o gęstości przestrzennej i własnościach kwazarów w przeszłości uzyskujemy, obserwując obiekty odległe. Minionym epokom kosmologicznym można zatem przyporządkować odległość, albo - co jest równoważne - przesunięcie ku czerwieni z. Dla z < 2-2,5 gęstość przestrzenną kwazarów o ustalonej jasności absolutnej można w przybliżeniu opisać zależnością ~ (1+z)4. W porównaniu z chwilą obecną odpowiada to wzrostowi gęstości 150 razy dla z = 2,5. Dla większych przesunięć ku czerwieni wzrost ten zostaje zahamowany i począwszy od z = 2,5-3 liczba kwazarów szybko spada. Najdalszym znanym obecnie kwazarem jest obiekt o przesunięciu z = 5,0 odkryty w ramach przeglądu SDSS na granicy gwiazdozbiorów Byka i Erydanu. Wyznaczenie ewolucji kosmicznej wymaga obserwacji obiektów o podobnej jasności absolutnej, położonych zarówno blisko, jak i daleko. Ponieważ w dużym oddaleniu możemy obserwować jedynie obiekty o dużej jasności absolutnej, dysponujemy danymi na temat tylko ich ewolucji. Pośrednie argumenty wskazują jednak na to, że tempo ewolucji jest tym większe, im większa jest jasność kwazara, oraz że galaktyki Seyferta praktycznie w ogóle nie podlegają ewolucji.

Zmiana gęstości przestrzennej kwazarów w czasie może się realizować na różne sposoby. Zmniejszanie się liczby kwazarów po epoce odpowiadającej przesunięciu ku czerwieni z 2 można tłumaczyć jako: a) rzeczywiste, powolne ,,wymieranie" kwazarów; przypomina to zmniejszanie się liczby nietrwałych atomów substancji promieniotwórczej; b) również powolne zmniejszanie się jasności obiektów przy zachowanej całkowitej ich liczbie; oraz c) zanik populacji, spowodowany ujemnym ,,przyrostem naturalnym", czyli szybszym tempem wymierania niż powstawania nowych kwazarów (sytuacja analogiczna do zmian w czasie liczby zwierząt ginącego gatunku). Rzeczywista ewolucja kosmiczna kwazarów jest zapewne kombinacją wariantów b) i c).

Moc promieniowania najjaśniejszych kwazarów sięga 1041 watów (W), co 10 tysięcy razy przewyższa jasność przeciętnych galaktyk. Na drugim końcu zakresu jasności absolutnych leżą galaktyki Seyferta, których jądra mają jasność 1034 - 1035 W, czyli porównywalną lub mniejszą od jasności normalnej galaktyki. Przypuszcza się, że istnieją galaktyki, w których aktywność jądra jest na tyle niewielka, że ginie ono w blasku galaktyki. W widmach niektórych normalnych galaktyk widać słabe linie emisyjne, charakterystyczne dla aktywnych jąder galaktyk. Z natężeń tych linii można wnioskować, że w jądrze galaktyki znajduje się źródło emitujące promieniowanie nadfioletowe i rentgenowskie, o jasności na poziomie 1033 W. Model aktywnego jądra powinien umieć wytłumaczyć zarówno ów znaczny zakres jasności absolutnych, jak i inne specyficzne własności tych obiektów.

Andrzej M. Sołtan

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach