Квазари

Визначення і загальна характеристика

КВАЗА́РИ (англ. quasars, від абревіатури QSRS — Quasi Stellar Radio Sourсe — квазізореподібні радіоджерела) — чисельний клас позагалактичних, компактних зореподібних обʼєктів з величезною енергією ви­промінюва­н­ня у всіх діапазонах електромагнітних хвиль, які від­даляються від нашої Галактики зі швидкостями роз­шире­н­ня Всесвіту. Від­кри­т­тя та перші дослідж. К. зроблено на­прикінці 1950-х — на поч. 1960-х рр. Завдяки роз­витку методів радіоастрономії вони вперше були зареєстровані як компактні джерела інтенсив. радіови­промінюва­н­ня з малими кутовими роз­мірами, що зна­йшло від­ображе­н­ня у їхній назві. Пізніше встановлено, що понад 90 % К. не мають інтенсив. ви­промінюва­н­ня у радіодіапазоні (тихі К., або квазаги). Тому на по­значе­н­ня цих позагалактич. обʼєктів нині також використовують термін «квазізореподібні обʼєкти» (QSO — Quasi Stellar Objects). Дослідж. оптич. спектрів ви­промінюва­н­ня К. до­зволили встановити, що вони знаходяться на над­звичайно великих від­станях від нашої Галактики. Вперше це ви­значено для К. 3С 273, який є джерелом радіови­промінюва­н­ня і ототожнений з оптич. обʼєктом, що має зоряну величину 13^m. 1963 амер. астроном М. Шмідт встановив, що цей обʼєкт від­даляється від Землі зі швидк. бл. 42 000 км/сек. Від­повід­но до сучас. уявлень про Всесвіт 3С 273 має знаходитися на від­стані понад 600 Мпк (червоне зміще­н­ня z = 0,158). Рос. астрономи А. Шаров і Ю. Єфремов виявили, що оптичне ви­промінюва­н­ня 3С 273 змінюється періодично майже в 2,5 раза. Радіоастрон. дослідж. методом радіоінтерферометрії з над­довгою базою, в яких брали участь астрономи Крим. астрофіз. обсерваторії (смт Кацивелі Ялтин. міськради) за допомогою радіотеле­скопа РТ-22, до­зволило ви­значити роз­міри компакт. зони радіови­промінюва­н­ня 3С 273 (не більше 0,0004 кутових сек.). Низка фіз. фактів свідчать про те, що К. знаходяться в ядрах галактик в актив. фазі формува­н­ня (активні ядра галактик), де від­буваються високо­енергет. процеси та виділяється величезна енергія. Найбільш прийнятне поясне­н­ня величез. енерговиділе­н­ня К. базується на процесах акреції речовини надмасив. (10⁶–10¹⁰ мас Сонця) чорною дірою, яка створює гравітац. поле та породжує рух речовини з швидкостями, величини яких ви­значаються балансом між радіац. тиском і силою гравітації. Цей механізм першими роз­глянули рос. астрономи Я. Зельдович та І. Новіков і амер. астроном Е. Солпетер. Вважається, що речовина під час свого руху до гравітац. ями чорної діри ро­зі­грівається та починає ви­промінювати електромагнітні хвилі, накопичуючись в акреційних дисках (торах) побл. горизонту подій чорної діри. У газі, який оточує та рухається з великою швидкістю, атоми водню та іони ін. атомів ви­промінюють характерні для К. широкі емісійні лінії з від­повід. великими червоними зміще­н­нями. Формува­н­ня акреційних дисків часто призводить до створе­н­ня потуж. біполяр., сильно колімов. потоків речовини (джетів), рух плазми в яких генерує ви­промінюва­н­ня у радіо- та рентґенів. діапазонах. Чорні діри знаходяться в центрі (ядрі) багатьох галактик. Водночас існують галактики, зокрема Чумацький Шлях, активність ядер яких не­значна. К. спо­стерігаються лише в 5– 10 % заг. кількості ві­домих галактик. Донині зареєстровано бл. 200 тис. К. (станом на 2005 — 195 тис.). К. — найпотужніші джерела електромагніт. хвиль, що генеруються в малих за косм. мас­штабами простор. обʼємах. Інтеграл. потуж. ви­промінюва­н­ня у всьому інтервалі електромагніт. хвиль (радіо-, інфрачервоному, оптич., ультрафіолет., рентґенів. і гамма-) досягає 10³⁸–10⁴⁰ Вт з максимумом в ультрафіолет. й оптич. діапазонах. Це в сотні — тисячі разів пере­вищує потужність ви­промінюва­н­ня зоряної складової галактик. Для порівня­н­ня, повна потуж. ви­промінюва­н­ня Сонця 4·10²⁶ Вт. Тому інтенсивне ви­промінюва­н­ня К. з Землі спо­стерігається, а значно слабше ви­промінюва­н­ня зоряної складової галактик видно лише в окремих випадках. У оптич. діапазоні спектрал. щільність потоку ви­промінюва­н­ня від частоти v описується виразом f(v) ~ v^-n, де n ~ 0,2–1,5. У гамма- і рентґенів. діапазонах n ~ 0,7. Ві­домі обʼєкти, які також ви­промінюють близьку за величиною енергію, напр., наднові та їхні залишки. Але фіз. процеси, які в них від­буваються, можуть забезпечити ви­промінюва­н­ня великої потужності за значно коротший час порівняно з віком існува­н­ня К. Функція світності К., тобто залежність їхньої кількості від потужності ви­промінюва­н­ня, показує, що від­носна кількість К. зменшується із зро­ста­н­ням потужності. Ви­промінюва­н­ня К. змінюється у часі практично в усіх діапазонах електромагніт. хвиль. У оптич. діапазоні яскравість К. може змінюватися у декілька разів. Характер. час змін­ності зменшується при збільшен­ні частоти ви­промінюва­н­ня. У радіодіапазоні характер. час змін­ності складає до декількох років, а в рентґенівському вимірюється декількома годинами. Нині вважають, що К. в ядрі галактики знаходиться в обʼємі, що оточує надмасивну чорну діру, радіус якого у 10–10 000 разів більший від швацшильдів. радіуса цієї діри. Роз­міри зони ви­промінюва­н­ня К. оцінюють за змін­ністю ви­промінюва­н­ня. Якщо змін­ність складає декілька днів, то їхній роз­мір — 10¹⁰–10¹¹ км. У спектрах ви­промінюва­н­ня К. найрозпо­всюдженіші лінії атомів водню й іонів з високим рівнем іонізації (кисню O III, магнію Mg II, вуглецю C III, C IV, азоту N V, заліза Fe III), що належать до оптич. і ультрафіолет. діапазонів. Їхня ширина свідчить про ви­промінюва­н­ня атомами чи іонами, що рухаються побл. чорної діри у великому діапазоні швидкостей. Червоне зміще­н­ня К. має космол. природу та зумовлене заг. роз­шире­н­ням Всесвіту. На цей час зна­йдено най­ближчі обʼєкти, ви­промінюва­н­ня яких асоціюється з акрецією речовини надмасив. чорною дірою в гігант. еліптич. галактиці (блазари), з червоним зміще­н­ням z = 0,03 (Mrk 421). Найбільшу величину червоного зміще­н­ня виявлено 2011 у К. ULAS J112001.48+064124,3 (z = 7,085±0.003). Із стандарт. космол. моделі (плоский Всесвіт зі сталою Габла Н₀ = 72 км сек.^-1 Мпк^-1) випливає, що нині ми бачимо світло, яке ви­промінювалося обʼєктом 12,9 млрд р. тому, коли вік Всесвіту не пере­вищував бл. 770 млн р. після Великого вибуху. Роз­поділ К. залежно від червоного зміще­н­ня вказує на не­значну їх кількість при малих і великих z (z < l i z > 3). Макс. їх кількість від­повід­ає бл. z = 2. К. з великим червоним зміще­н­ням можуть не існувати. Перші К. виникли на ран­ньому етапі роз­витку Всесвіту, можливо, одночасно з зародже­н­ням перших галактик. Ймовірність появи К. нині не­значна. Спо­стереже­н­ня К. є над­звичайно важливими для ви­вче­н­ня властивостей матерії (баріон­ної і темної), її роз­поділу та руху на великих червоних зміще­н­нях на різних етапах роз­витку Всесвіту. К. стали осн. астрофіз. обʼєктами для ви­значе­н­ня параметрів космол. моделей Всесвіту. Спо­стереже­н­ня К. до­зволило від­крити ефект гравітац. лінзува­н­ня. Нині астрономи Крим. астрофіз. обсерваторії ви­вчають властивості актив. ядер галактик, Гол. астрон. обсерваторії НАНУ (Київ) — галактики та великомас­штабну структуру Всесвіту, Харків. фіз.-тех. ін­ституту НАНУ й Ін­ституту астрономії Харків. університету — властивості чорних дір, Радіоастрон. ін­ституту НАНУ (Харків) — гравітац. лінзува­н­ня ви­промінюва­н­ня К., Астрон. обсерваторії Львів. університету — роз­поділ К. за червоним зміще­н­ням у різних космол. моделях Всесвіту з урахува­н­ням вмісту темної матерії.

Літ.: M. Schmidt. 3C 273: a star-like object with large red-shift // Nature. 1963. Vol. 197; Хойлю Ф. Галактики, ядра и квазары / Пер. с англ. Москва, 1965; Вильковский Э. Я. Квазары и активность ядер галактик. Москва, 1985; Блиох П. В., Минаков А. А. Гравитацион­ные линзы. К., 1989; A. K. Kembhavi, J. V. Narlikar. Quasars and Active Galactic Nuclei. 1999; Яцків Я. С., Александров О. М., Вавілова І. Б. та ін. Загальна теорія від­носності: ви­пробува­н­ня часом. К., 2005; M. DʼOnofrio, P. Marziani, J. W. Sulentic. Fifty years of quasars: from early observations and ideas to future research. 2012.

В. М. Шульга

Завантажити статтю