Квазар: таинственные всплески радиоизлучения в космосе

Сверхмассивная черная дыра, питающаяся газом в центре отдаленной галактики и испускает быстрые радиоимпульсы, которые длятся лишь несколько миллисекунд, но выделяется при этом примерно в 1 млн раз больше энергии, чем производится за такой же промежуток времени Солнцем – вот что такое квазар. Полное название данного явления звучит как «квазизвездный радиоисточник» (quasi-stellar radiosource), поскольку астрономы впервые обнаружили квазары в конце 1950-х году как объекты, которые выглядели как звезды, но излучали радиоволны.

Теорий, пытающихся объяснить природу быстрых радиоимпульсов, существует сейчас больше, чем зарегистрировано собственно импульсов. «Это благодатная почва для теоретиков», — говорит Данкан Лоример, сотрудник американского Университета Западной Виргинии и руководитель научной группы, которая обнаружила самый первый быстрый радиоимпульс (его еще называют импульсом Лоримера). Ранее ученые не наблюдали сигналы такой высокой интенсивности. «Существование сигнала, интенсивность которого в миллион раз превышает что-либо обнаруженное ранее, будоражит воображение», — говорит член команды Лоримера Мэтью Бэйлз, астроном австралийского Технологического университета Суинберна. Что является его причиной, столкновения нейтронных звезд, взрывы черных дыр, обрывы космических струн? Были предположения, что квазары сделаны из некоторой неизвестной ранее формы стабильных областей антивещества и мы наблюдаем область его аннигиляции с обычным веществом, что могло бы объяснить их яркость.

Принятое в настоящее время объяснение, что интенсивный выброс радиоизлучения происходит из-за падения вещества в аккреционном диске в сверхмассивную чёрную дыру, было предложено в 1964 году Яковом Зельдовичем и Эдвином Салпетером, и тогда оно было отвергнуто многими астрономами, потому что в 1960-х годах существование черных дыр всё ещё широко рассматривалось как теоретическое и слишком экзотическое и ещё не было подтверждено, что многие галактики (включая нашу) имеют сверхмассивные чёрные дыры в их центре.

Каково бы ни было объяснение феномена, это радиоизлучение – уникальный инструмент исследования Вселенной. Сигналы, подобно лазерным лучам прошивающие Вселенную, встречают на своем пути магнитные поля, плазму и другие космические явления. Такое взаимодействие вызывает замедление в распространении волн, зависящее от частоты радиосигнала. Радиоволны более высокой частоты прибывают к наблюдателю чуть быстрее, чем радиоволны низкой частоты. Замеряя разницу в этих значениях, астрономы могут вычислить, через какое количество плазмы пришлось пройти сигналу на пути к наблюдателю, что дает им приблизительное представление об удаленности источника радиоимпульса. «Они, без сомнения, революционизируют наше понимание Вселенной, поскольку с их помощью можно производить очень точные измерения», — говорит Пэнь Уэ-Ли, астрофизик из Университета Торонто.

На сегодня термин «квазар» является универсальным для всех питающих и, следовательно, светящихся сверхмассивных черных дыр, также часто называемых активными галактическими ядрами. Есть некое противоречие в том, чтобы называть черную дыру «светящейся». Сами черные дыры, конечно же, черные. Фактически, почти в каждой большой галактике есть черная дыра с массой от миллионов до миллиардов Солнц, и многие из этих черных дыр скрываются в темноте. Бегемот нашего Млечного Пути весит 4,3 миллиона солнечных масс, но его голодная диета приглушает все, кроме слабых вспышек и мерцаний. Однако мы знаем, что он там есть, по орбитам звезд вокруг него. Другие спящие черные дыры время от времени разрывают падающую звезду, обнаруживая свое присутствие по вспышке излучения.

Но квазары — это другая порода черных дыр. Они обитают в галактиках с обильными запасами газа – возможно, из-за недавнего столкновения галактик с галактиками, — и они пожирают поступающий материал. Газ кружится по спирали, когда падает, нагреваясь в процессе и испуская излучение в электромагнитном спектре. В видимой Вселенной это один из самых ярких, в абсолютном исчислении, класс астрономических объектов.

В сверхмассивных черных дырах в близлежащих галактиках обычно не так много газа, поэтому квазары обычно находятся в далеких галактиках. Ближайший квазар — Маркарян 231, он находится примерно в 600 миллионах световых лет от Земли. Наиболее удалённым обнаруженным квазаром является ULAS J1342+0928. Свет, наблюдаемый от этого квазара, был испущен, когда Вселенной было всего 690 миллионов лет.

Несомненно, запущенная NASA 25 декабря 2021 года в космос орбитальная инфракрасная обсерватория имени Джеймса Уэбба изменит наше представление о квазарах в том числе.

Читайте также статью про обсерватории следующего поколения