Открыт редкий тройной квазар

[Король Альтов]

http://science.compulenta.ru/740524/
Квазар — это особо мощное и далёкое активное ядро галактики, излучение от которого обычно принято связывать с активностью сверхмассивных чёрных дыр в центре каждого квазара. Обычно эти объекты находятся на громадном удалении от нас, и с учётом их огромной яркости два, а тем более три квазара рядом почти невозможно зарегистрировать современными средствами наблюдения.

Однако исследователям под руководством Эммануэле Фарины (Emanuele Farina) из Инсубрийского университета (Италия) при помощи Телескопа новых технологий Европейской южной обсерватории (в Чили) всё же удалось найти — второй раз в истории астрономии — тройной квазар. На сей раз находка столь далека, что свет от её компонентов потратил 9 млрд лет, чтобы достичь Земли.

QQQ J1519+0627, как называется новооткрытый тройной квазар, неоднороден: два квазара в нём ближе друг к другу, чем к третьему. Это значит, что группа, скорее всего, возникла как итог взаимодействия этих ближайших друг к другу объектов, к которым лишь затем присоединился третий.

При этом все они умещаются в секторе пространства в какие-то 300 кпк (~ 700 000 световых лет), то есть довольно близки по квазарным меркам. Что интересно, в ИК-диапазоне рядом с ними нет никаких разогретых галактик, в которых обычно обнаруживаются квазары. Иными словами, если эти квазары и являются окрестностями сверхмассивных чёрных дыр, то формирование галактик вокруг них ещё не завершено.

Как полагают астрономы, вся троица представляет собой лишь часть более крупной структуры, образование которой продолжается, что предоставляет ценную возможность непосредственного наблюдения этого процесса.

[Король Альтов]

Кваза́р (англ. quasar, из лат. quas(i) — наподобие, нечто вроде, + англ. (st)ar — звезда) — класс астрономических объектов, одних из самых ярких (в абсолютном исчислении) в видимой Вселенной.
Предполагается, что квазары являются мощными и далёкими активными ядрами галактик.[источник не указан 698 дней]) Как считается, в них находится сверхмассивная чёрная дыра, которая в результате аккреции вытягивает на себя материю из окружающего пространства. Это приводит к огромной массе «дыры» и мощному излучению.
Мощность излучения квазара иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша. Следы родительских галактик вокруг квазаров (причём далеко не всех) были обнаружены лишь позднее.
В первую очередь квазары были опознаны как объекты с большим красным смещением, имеющие электромагнитное излучение (включая радиоволны и видимый свет) и настолько малые угловые размеры, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» — звёзд (напротив, протяжённые источники больше соответствуют галактикам; звёздная величина самого яркого +12.6 для сравнения звёздная величина самой яркой звезды −1.46).
По одной из теорий, квазары представляют собой галактики на начальном этапе развития, в которых сверхмассивная чёрная дыра поглощает окружающее вещество. В последнее время принято полагать, что источником излучения является аккреционный диск сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики, и, следовательно, красное смещение квазаров больше космологического на величину гравитационного смещения, предсказанного А. Эйнштейном в общей теории относительности (ОТО).
Квазары сравнивают с маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний (до красного смещения, чуть превышающего z = 7), по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода разворачиваются в лес линий по красному смещению поглощающих облаков

Галактика NGC 4319 и квазар

История квазаров началась с проводимой радиообсерваторией «Джодрелл-Бэнк» программы измерений видимых угловых размеров радиоисточников.
Первый квазар, 3C 48, был обнаружен в конце 1950-х Аланом Сендиджем и Томасом Метьюзом во время радиообзора неба. В 1963 году было известно уже 5 квазаров. В том же году голландский астроном Мартин Шмидт доказал, что линии в спектрах квазаров сильно смещены в красную сторону. Принимая, что это красное смещение вызвано эффектом космологического красного смещения, возникшего в результате удаления квазаров, расстояние до них определили по закону Хаббла. Почти сразу, 9 апреля 1963 года, Ю. Н. Ефремовым и А. С. Шаровым по фотометрическим измерениям снимков источника 3C 273 была открыта переменность блеска квазаров с периодом всего лишь в несколько дней.
Один из ближайших и наиболее яркий квазар 3C 273 имеет блеск около 13m и красное смещение z = 0,158 (что соответствует расстоянию около 3 млрд св. лет). Самые далёкие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость обычных галактик, регистрируются с помощью радиотелескопов на расстоянии более 12 млрд св. лет. На июль 2011 года самый удалённый квазар (ULAS J112001.48+064124.3) находился на расстоянии около 13 млрд св. лет от Земли. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы.
Очень сложно определить точное число обнаруженных на сегодняшний день квазаров. Это объясняется, с одной стороны, постоянным открытием новых квазаров, а с другой — отсутствием чёткой границы между квазарами и другими типами активных галактик. В опубликованном в 1987 году списке Хьюитта — Бэрбриджа число квазаров 3594. В 2005 году группа астрономов использовала в своём исследовании данные уже о 195 000 квазаров

Болометрическая (интегральная по всему спектру) светимость квазаров может достигать 10⁴⁶ — 10⁴⁷ эрг/с. В среднем, квазар производит примерно в 10 триллионов раз больше энергии в секунду, чем наше Солнце (и в миллион раз больше энергии, чем самая мощная известная звезда), и обладает переменностью излучения во всех диапазонах длин волн

Вариации блеска Многие квазары меняют свою светимость в коротких промежутках времени. Это является, по-видимому, одним из фундаментальных свойств квазаров (кратчайшая вариация с периодом t ≈ 1 ч, максимальные изменения блеска — в 50 раз). Поскольку размеры переменного по блеску объекта не могут превышать сt (с — скорость света).

[Король Альтов]

Квазары.

Квазар — особо мощное и далёкое активное ядро галактики. Английский термин quasar образован от слов quasistellar («квазизвёздный» или «похожий на звезду») и radiosource («радиоисточник») и дословно означает «квазизвёздный радиоисточник».
Квазары являются одними из самых ярких объектов во Вселенной — их мощность излучения иногда в десятки и сотни раз превышает суммарную мощность всех звёзд таких галактик, как наша. Следы родительских галактик вокруг квазаров (причём, далеко не всех) были обнаружены лишь позднее. В первую очередь квазары были опознаны как объекты с большим красным смещением, имеющие электромагнитное излучение (включая радиоволны и видимый свет) и настолько малые угловые размеры, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» — звёзд (напротив, протяжённые источники больше соответствуют галактикам). По своим свойствам эти псевдозвездные радиоисточники похожи на активные ядра галактик. Многие астрофизики считают, что светимость этих объектов поддерживается не термоядерным путем. Энергия квазаров – это гравитационная энергия, которая выделяется за счет катастрофического сжатия, происходящего в ядре галактики.
Кроме современного определения, существовало ещё и первоначальное: «Квазар — класс небесных объектов, которые в оптическом диапазоне похожи на звезду, но имеющие сильное радиоизлучение и чрезвычайно малые угловые размеры (меньше 10″)». Первоначальное определение сложилось в конце 1950-х, начале 1960-х, когда были открыты первые квазары и их изучение только началось. И в этом определении нет ничего неправильного, за исключением следующего факта. Как оказалось, по состоянию на 2004 год мощное радиоизлучение имеют максимум 10 % квазаров. А остальные 90 % не излучают сильных радиоволн. Такие объекты астрономы называют радиоспокойными квазарами.
Наибольшей популярностью на сегодняшний день пользуется гипотеза, согласно которой квазар является огромнейшей черной дырой, которая втягивает в себя окружающее пространство. По мере приближения к черной дыре, частицы разгоняются, сталкиваются между собой – и это приводит к мощнейшему радиоизлучению. Если у черной дыры есть и магнитное поле, то оно к тому же собирает частицы в пучки – так называемые джеты – которые разлетаются от полюсов. Другими словами, то сияние, которое наблюдают астрономы – это все, что остается от галактики, погибшей в черной дыре. По другим версиям, квазары – это молодые галактики, процесс появления, на свет которых мы наблюдаем. Некоторые из ученых предполагают, что, квазар – это молодая галактика, но которую пожирает черная дыра.

[Король Альтов]

Как бы там ни было, астрофизики очень тесно связывают существование квазаров и судьбу галактик. Первый квазар, 3C 48, был обнаружен в конце 1950-х Аланом Сендиджем и Томасом Метьюзом во время радиообзора неба. В 1963 году было известно уже 5 квазаров. В том же году голландский астроном Мартин Шмидт доказал, что линии в спектрах квазаров сильно смещены в красную сторону. Принимая, что это красное смещение вызвано эффектом космологического красного смещения, возникшего в результате удаления квазаров, расстояние до них определили по закону Хаббла. В последнее время принято полагать, что источником излучения является аккреционный диск сверхмассивной чёрной дыры, находящейся в центре галактики, и, следовательно, красное смещение квазаров больше космологического на величину гравитационного смещения, предсказанного А. Эйнштейном в общей теории относительности. Очень сложно определить точное число обнаруженных на сегодняшний день квазаров. Это объясняется, с одной стороны, постоянным открытием новых квазаров, а с другой — отсутствием четкой границы между квазарами и другими типами активных галактик. В опубликованном в 1987 году списке Хьюитта — Бэрбриджа число квазаров 3594. В 2005 году группа астрономов использовала в своём исследовании данные уже о 195 000 квазаров. Один из ближайших и наиболее яркий квазар 3C 273 имеет красное смещение z = 0,158 (что соответствует расстоянию около 3 млрд. св. лет). Самые далёкие квазары, благодаря своей гигантской светимости, превосходящей в сотни раз светимость обычных галактик, регистрируются с помощью радиотелескопов на расстоянии более 12 млрд. св. лет. На июль 2011 года самый удалённый квазар (ULAS J112001.48+064124.3) находится на расстоянии около 13 млрд. св. лет от Земли. Нерегулярная переменность блеска квазаров на временных масштабах менее суток указывает на то, что область генерации их излучения имеет малый размер, сравнимый с размером Солнечной системы. В 1982 году австралийскими астрономами был открыт новый квазар, получивший название PKS 200-330, у которого обнаружилось рекордное для того времени красное смещение Z = 3,78. Это означает, что спектральные линии отдаляющегося от нас астрономического объекта в результате эффекта Доплера имеют длину волны, в 3,78 раза превышающую значение неподвижного источника светоизлучения. Расстояние до этого квазара, видимого в оптический телескоп как звезда девятнадцатой величины, составляет 12,8 млрд. световых лет. Во второй половине 80-х годов было зафиксировано еще несколько наиболее отдаленных квазаров, величина красного смещения которых уже превышает 4,0. Таким образом, радиосигналы, посланные этими квазарами тогда, когда еще не была сформирована наша Галактика, в том числе Солнечная система, можно только сегодня зарегистрировать на земле. А преодолевают эти лучи огромное расстояние-более 13 млрд. световых лет. Эти следующие друг за другом астрономические открытия были сделаны в ходе конкурентной научной гонки австралийских астрономов из обсерватории Сайдинг-Спринг и их американских коллег из обсерватории Маунт-Паломар в Калифор-нии. Сегодня самый удаленный от нас объект - квазар PC 1158+4635 с красным смещением, равным 4,733. Расстояние до него составляет 13,2 млрд. световых лет.
Но вот в той же обсерватории Маунт-Паломар посредством 5-метрового телескопа американские звездные исследователи во главе с отважным охотником за квазарами М. Шмидтом в сентябре 1991 года окончательно подтвердили слухи о существовании более далекого от нас астрономического объекта. Величина красного смещения рекордно далекого квазара под номером PC 1247+3406 составляет 4,897. Кажется, дальше уже некуда. Излучение этого квазара доходит до нашей планеты за время, почти равное возрасту Вселенной. Последние наблюдения показали, что большинство квазаров находятся вблизи центров огромных эллиптических галактик.
Болометрическая (интегральная по всему спектру) светимость квазаров может достигать 10⁴⁶ — 10⁴⁷ эрг/с. В среднем квазар производит примерно в 10 триллионов раз больше энергии в секунду, чем наше Солнце (и в миллион раз больше энергии, чем самая мощная известная звезда), и обладает переменностью излучения во всех диапазонах длин волн

[Король Альтов]

Как «работает» квазар?

НЕОБЫЧАЙНАЯ СВЕТИМОСТЬ
Подчиняясь тому же закону космологического удаления, что и галактики, источники 3С273 и 3С48 сами по себе сильно отличаются от обычных галактик, подобных нашей Галактике. Прежде всего, поражает их необычайная светимость, в сотни раз превышающая светимость нашей Галактики.
Казалось бы, объекты, столь далекие от Земли, должны быть доступными лишь наблюдателю, вооруженному самыми мощными современными телескопами. В действительности, например, объект 3С273 можно найти в созвездии Волосы Вероники как звездочку 12,6 звездной величины. Такие звезды доступны даже любительским телескопам.
Квазары сравнивают с маяками Вселенной. Они видны с огромных расстояний, по ним исследуют структуру и эволюцию Вселенной, определяют распределение вещества на луче зрения: сильные спектральные линии поглощения водорода разворачиваются в лес линий по красному смещению поглощающих облаков. Один квазар светится сильнее, чем вся наша Галактика, примерно в 10000 раз. Энергии среднего, ничем не примечательного, квазара хватило бы на то, чтобы снабжать всю Землю электроэнергией в течение нескольких миллиардов лет. А некоторые из квазаров излучают энергии в 60 тыс. раз больше.
Многие квазары меняют свою светимость в коротких промежутках времени. Это является, по-видимому, одним из фундаментальных свойств квазаров. Поскольку размеры переменного по блеску объекта не могут превышать сt (с — скорость света), размеры квазаров не могут быть более 4 000 000 000 000 м (меньше диаметра орбиты Урана), и только при движении вещества со скоростью, близкой к скорости света, эти размеры могут быть больше.

[Король Альтов]

ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ
Какими же чудовищными по мощности излучения должны быть эти источники света, если с расстояния в миллиарды световых лет они кажутся такими яркими!

Самый трудный вопрос, связанный с квазарами, - это объяснение гигантского выделения энергии. Если квазары и в самом деле находятся на космологически больших расстояниях от нас (т.е. красное смещение действительно связано с расширением Вселенной), то нужно объяснить, как возникает эта сильнейшая светимость. Остается загадкой, какой же источник энергии поддерживает свечение квазара. Ясно одно, что каков бы ни был этот источник, сосредоточен он в относительно небольшой области пространства, т.е достаточно компактен. А это само по себе уже говорит о том, что механизм выделения энергии в квазаре весьма необычен.

Многие астрофизики считают, что квазары связаны с ядрами галактик, находящимися на определенной ступени эволюции. Например, ядро галактики М87 гораздо ярче ее внешних частей. Но есть галактики и других типов, так называемые сейфертовские галактики, у которых контраст яркого ядра со слабосветящейся остальной частью выражен еще более резко. Возможно, квазары – следующая ступень этой последовательности. Если они расположены очень далеко, то мы видим только их яркое ядро, слабая же оболочка (если она вообще есть) просто совсем не видна.

Высказывается также предположение, что, как и в галактике М87, выделение энергии в квазарах, возможно, связано с наличием сверхмассивных черных дыр. Начиная с середины 70-х годов идея, о том, что гигантское выделение энергии в квазарах объясняется черными дырами, приобрела большую популярность.

Процесс выделения энергии тоже связывают с работой сил тяготения, а радиоизлучение квазара – это синхротронное излучение заряженных частиц в магнитном поле.

Некоторые астрономы считают, что потоки энергии от квазаров значительно ниже, поскольку расстояния до них сильно преувеличены. Если квазары, скажем, в 100 раз ближе к нам, чем мы думаем, то мы завышаем в 10 000 раз их светимость при расчетах мощности излучения по их наблюдаемой яркости. Астрономы, которые придерживаются этой точки зрения, исходят из того факта, что квазары часто видны на небе рядом с пекулярными (необычными) галактиками. Эти галактики, хотя и несколько необычны по своей структуре, имеют обычные красные смещения, которым соответствуют скорости удаления, равные нескольким процентам от скорости света. А квазары, расположенные на небе поблизости от них, имеют красные смещения в 10 – 20 раз больше!

Если квазары находятся по соседству с довольно близкими галактиками, чем объяснить их огромные красные смещения? Единственное разумное объяснение – эффект Доплера, но почему мы всегда наблюдаем лишь красное смещение (удаление) и никогда – фиолетовое (приближение)? И как вещество могло быть выброшено (всегда в направлении от нас!) с такими огромными скоростями и сохранить при этом форму единого объекта?

Ответ гласит: это никому неизвестно. За 15 лет не удалось определить ни расстояния до квазаров, ни их природу и источники их колоссальной энергии. Может быть, загадка квазаров таит в себе ключ к какой-то новой области астрофизики, какие-то новые возможности возникновения больших красных смещений в неизвестных нам ситуациях или новые способы генерации гигантских энергий, если квазары находятся очень далеко. Будем надеяться, что в последующие годы нам удастся преодолеть эти трудности в объяснении природы удаленных областей Вселенной, в которых расположены квазизвездные объекты. А сейчас мы можем только сказать: по-видимому, это естественные, а не искусственные астрономические объекты, поскольку пока не понятно, как цивилизация могла бы “сделать” квазар.

[Король Альтов]

ВОЗРАСТ КВАЗАРОВ
По современным оценкам, возрасты квазаров измеряются миллиардами лет. За это время каждый квазар излучает огромную энергию. Нам неизвестны процессы, которые могли бы служить причиной такого энерговыделения. Если предположить, что перед нами сверхзвезда, в которой “сгорает” водород, то ее масса должна в миллиард раз превышать массу Солнца. Между тем современная теоретическая астрофизика доказывает, что при массе более чем в 100 раз превышающей солнечную, звезда неизбежно теряет устойчивость и распадается на ряд фрагментов.

Квазары, пожалуй, наиболее старые из объектов, наблюдаемых нами, т.к. с расстояния в миллиарды световых лет обычные галактики не видны ни в один телескоп. Однако это “живое прошлое” пока что совершенно непонятно нам. Природа квазаров до сих пор полностью не выяснена.

Измерения показали, что квазары движутся (вернее, двигались) со скоростями, составляющими 87 % от скорости света. Скорости квазаров направлены от нас, то есть они разлетаются во все стороны с огромными скоростями. Измерялись не скорости, а смещение частоты излучения квазаров за счет эффекта Доплера. Оказалось, что смещение линий излучения атомов водорода происходит в сторону красного края спектра, то есть частота излучения увеличивается, что имеет место при удалении источника. Квазары движутся со скоростями, превышающими 250 000 км/с! Такие скорости запрещены другим объектам. Так, если бы звезда имела скорость движения больше 1000 км/с, то она покинула бы свою галактику. Кроме того, звезды движутся как от нас, так и к нам. Квазары же движутся исключительно от нас.

[Король Альтов]

Галактики и квазары

За последнее время накопилось множество свидетельств того, что квазары родственны галактикам и представляют собой обширные звездные системы с компактными центральными областями – ядрами, откуда исходит основная доля их излучения. Размеры ядер малы, их яркость намного выше яркости звезд, поэтому квазары выглядят на астрономических фотографиях точечными источниками.

Пожалуй, первым из фактов, позволивших найти место квазаров в общей семье астрономических систем, был химический состав их излучающих областей: они испускают линии тех же химических элементов, что и Солнце или облака газа в диске нашей Галактики. “Нормальный” химический состав квазаров прямо указывает на их родство с “обычными” звездными системами.

Очень важно, что параллельно с изучением квазаров продолжалось углубленное изучение галактик. Это позволило установить, что большая величина красного смещения – не исключительная привилегия квазаров. Оно было также обнаружено у галактики 3С295, проявляющей себя также повышенным радиоизлучением и занесенной в 3-й Кембриджский каталог. Это красное смещение даже больше, чем у двух первых квазаров 3С273 и 3С48. Наибольшее красное смещение, зарегистрированное у галактик, принадлежит галактике 3С324 из того же каталога. Методы наблюдения галактик со столь большими красными смещениями, примененные к квазарам, позволили непосредственно обнаружить вокруг самых близких из них протяженные светящиеся образования, которые оказались звездными системами, подобными обычным галактикам. В 1982 г. удалось наблюдать звездную систему вокруг ядра квазара 3С273.

Глубокое родство имеется и в проявлениях активности ядер галактик и квазаров. Значительное сходство выявляется между радиоизлучающими квазарами и радиогалактиками, т.е. галактиками с повышенным радиоизлучением.

ЯДРА КВАЗАРОВ И ЯДРА ГАЛАКТИК
Активные процессы в галактических ядрах стали предметом всестороннего изучения незадолго до открытия квазаров, с 1955 г., когда И.С.Шкловский дал объяснение явлению выброса из ядра галактики Дева А. В.А.Амбарцумян выдвинул общую концепцию активности ядер галактик и привлек к этому явлению широкое внимание астрономов. Различные проявления активности ядер – переменность, истечения и выбросы вещества, радиоизлучающие компоненты – достигают в квазарах максимальных масштабов по энергетике и пространственным размерам. Резервуаром и генератором энергии для этих явлений служит ядро квазара, которое должно быть массивнее и гораздо компактнее, чем самые мощные ядра галактик.

Еще в 60-х годах советский астрофизик Б.В.Комберг высказал гипотезу о том, что квазары (как и ядра активных галактик) представляют собой сверхмассивные двойные системы. Эта гипотеза, получившая в последние годы ряд подтверждений, нуждается в новых наблюдениях. Скорее всего, ядра квазаров - это и не звезды, и не простые их скопления, а компактные и очень массивные объекты, представляющие собой ядра чрезвычайно активных галактик, удаленных от нас на миллиарды световых лет и поэтому невидимых с больших расстояний. Подтверждением этому является, например, открытие светящегося гало вокруг квазара 3С273, что принято рассматривать как доказательство того, что данный квазар – далекая галактика.

Сходство выбросов у квазара 3С273 и у галактики Дева А – важное указание на общую природу явлений активности в квазарах и ядрах галактик. Не менее важно и то, что многие массивные эллиптические галактики являются источниками интенсивного радиоизлучения. Такова, например, галактика Лебедь А. Ее радиоизлучение было обнаружено случайно в 1946 г. По мощности излучения радиогалактика Лебедь А сравнима с квазарами 3С273 и 3С48, хотя и уступает самым мощным квазарам, светимость которых еще в 100 – 1000 раз больше.

[Король Альтов]

КВАЗАРЫ СЕЙФЕРТОВСКИЕ ГАЛАКТИКИ
Значительное сходство с квазарами имеют и сейфертовские галактики, названные так в честь открывшего их в 40-е годы американского астронома К.Сейферта. Они принадлежат к классу спиральных галактик и составляют примерно одну сотую их общей численности. Сейфертовские галактики обладают компактными яркими ядрами, из которых исходит излучение в сильно расширенных линиях водорода и гелия. Ядра являются иногда мощным источником радиоволн и рентгеновских лучей. Их излучение переменно, что, как и в случае квазаров, указывает на происходящие в ядрах этих галактик бурные процессы.

КВАЗАРЫ И ДАЦЕРТИДЫ
Родственны квазарам и так называемые лацертиды (от Лацерта – латинского названия созвездия Ящерицы, где был найден первый объект этого типа – галактика BL Ящерицы). Это сильные источники оптического , инфракрасного и радиоизлучения. Как и ядра квазаров, они выглядят на фотографиях точечными источниками, окруженными иногда слабо светящимися ореолами, которые в действительности являются звездными системами. Лацертиды обнаруживают также сильную переменность. Расстояния до них сравнимы с расстояниями до далеких квазаров.