Att säga att kvasarer är mystiska är en helt underdrift. De har presenterat astrofysiker med en stor utmaning som i bästa fall har varit svår att lösa. Så låt oss utforska vad dessa objekt verkar vara, eller beroende på vem du är vad de kan vara.

Upptäckt

Den första kvasaren (alias ett kvasstjärnigt radioobjekt, en kvasstjärna källa eller en interloper) som identifierades var av Maarten Schmidt (från California Institute of Technology) den 16 mars 1963. Objektet han undersökte, 3C 273, var redan känd för forskare (faktiskt föregående år såg Cyni Hazard använda månen för att exakt placera den) och även om han var en stjärna men Maarten beräknade avståndet till objektet baserat på den röda skiftningen som den visade i sitt spektrum, särskilt väte Balmer linjer. En stjärna hade normalt en rödförskjutning på 0, 2% medan 3C hade en som var cirka 16%. Det som var chockerande var avståndet som denna röda förskjutning antydde: nästan 2, 5 miljarder ljusår bort, baserat på de sex våglängderna som linjerna skiftades från sina normala positioner. Varför en överraskning? 3C är ett mycket lysande objekt och om vi kan se den ljusstyrkan härifrån, föreställ dig hur det skulle vara om vi var närvarande vid 3C. Dessutom antydde den röda växlingen att den rörde sig bort från oss med 47 000 km / s (cirka 1/10 ljusets hastighet). Ingen stjärna kan vara så ljus på ett sådant avstånd eller visa en sådan rödförskjutning, så vad var det då? (Wall, Kruesi 24, Shipman 152-3, Fulvio 153-5)

3C 273, den första kvasaren som hittades. |

Forskare hittade sitt svar: ett supermassivt svart hål som är bosatt i en galax som äter mycket materia som faller i singulariteten runt på tillslagskivan. All den saken skulle rippas och värmas till så höga nivåer att det inte kunde låta bli att vara lysande. Så lysande faktiskt att den överskrider allt i värdgalaxen och verkar som en ljus källa med energiutgångar så höga som 10 47 ergs / s. När man kommer närmare den inre delen av skivan, ramar kollisionerna upp och UV-strålarna går upp. Men ju längre du går, energin mellan kollisioner är tillräckligt låg för att synligt och IR-ljus kan släppas. Men oavsett var du befinner dig runt en kvasar är materialet runt det kraftigt joniserat eftersom material som stöter på varandra släpper elektroner, vilket orsakar elektriska och magnetiska flöden och därmed släpper också synkotronstrålning. Vissa av dessa UV-fotoner kolliderar med dessa elektroner, vilket gör att röntgenstrålar släpps, och synkotronstrålningen kan värma upp material, vilket ytterligare ökar strålningsflödet som dessa monster släckte ut (Wall; Kruesi 24, 26, Shipman 179).

Vid tidpunkten för upptäckten av kvasaren accepterades inte svarta hål i det vetenskapliga samhället men när fler bevis för dem började växa desto mer erkändes denna förklaring för kvasarer. Fler och fler kvasarer hittades, men en bra majoritet fanns tidigare. För närvarande kan få ute fortfarande fungera. Som en helhet verkar kvasarer dö ut. Varför? Dessutom, med bara ett spektrum av SMBHs ackretionsskiva och dess orientering till oss, vad kan vi lära oss om värdgalaxen? Det är anledningen till att man har gjort lite framsteg i fältet sedan deras upptäckt (Wall, Kruesi 27).

Spännande frågor

För att förstå hur ett objekt fungerar hjälper det ofta att veta hur det uppstår i första hand. Astrofysiker tror att galaxer med feta svarta hål i sina centra är korrelerade med kvasarna vi ser. När allt kommer omkring krävs det ett massivt föremål för att dra in allt det där för att göra det så ljust som vi bevittnar med kvasarer. Tidigare var saken kring det svarta hålet mestadels basgas och hade inte de tunga materialen som kommer från supernovor eller en våldsam stjärns våldsamma död. Spektrografiska data verkar bekräfta dessa förhållanden för kvasarer, som ULAS J1120 + 6641, visar massor av väte, helium och litium men inga tunga element. Det antyder också att kvasarer har sin svarta hål först och sedan stjärnorna under galaktiska sammanslagningar, vilket kan vara anledningen till att vi ser mindre kvasarer i nuet än tidigare. Fusionen inträffar, det svarta hålet har mycket att mata på och blir sedan tyst (Howell, Scoles).

RX J1131-1231 |

Forskare har bevis på att en kvasar har haft en fusion tidigare. Observationer från både Chandra och XMM-Newton röntgenobservatorier hittade en galax gravitationally linser kvasar RX J1131-1231 från 6, 1 miljarder år sedan och med en massa 200 miljoner gånger solens. Som alla svarta hål snurrar denna kvasar. På grund av objektets massa, vrider det emellertid rymdtid så mycket, känd som ramdragning. Den drar järnatomer till nära ljusets hastighet och väcker elektronerna i dem för att avge fotoner i radioområdet. Normalt skulle detta vara på en nivå som är för liten för att upptäcka men på grund av lyckan med att ha objektet limmat är ljuset fokuserat. Men genom att jämföra fotonens spänningsnivå med den hastighet som krävs för att uppnå den kan du beräkna snurret på kvasaren. Fantastiskt snurrade kvasaren mellan 67-87% som det maximala värdet som uppnås genom generell relativitet tillåter. Det enda sättet att kvasaren kunde snurra så snabbt var om det tidigare hade fusionerats och ökat vinkelmomentet (Francis, Shipman 178).

Observationerna från Hubble Space Telescope verkar också bekräfta detta. Efter att ha anpassat sig till IR-delen av spektrumet, där den extrema ljusstyrkan i en kvasar inte helt släcker sin värdgalax, såg Hubble på 11 kvasarer som delvis döljdes av damm (vilket ytterligare hjälpte till att sänka kvasarens ljusstyrka) och 12 miljarder ljusår bort. bilder verkar visa att alla värdgalaxer håller på att slås samman och i ett så tidigt skede av universumets liv. Enligt Eilat Glikman (Middlebury College) och C. Megan Urry (Yale University), forskarnas författare, verkar kvasarer toppa vid denna tidpunkt och börjar sedan dö av (Rzetelny "The, " STScl "Teenage").

Och sedan finns det Markarian 231 (Mrk 231), den närmaste kvasaren till jorden på 600 miljoner ljusår bort. Efter att ha undersökt UV-avläsningar gjorda av Hubble fann forskare att droppar inträffade i uppgifterna. Det skulle bara hända om något absorberar UV-ljuset, som genereras av SMBHs ackretionsskiva. Vad kan göra det? Ytterligare ett svart hål, förvärvat möjligt genom en fusion tidigare. De två svarta hålen är 150 miljoner solmassor och 4 miljoner solmassor och kompletterar en bana vartannat år. Ytterligare data visade att ett stort utflöde av material fick det svarta hålet att skära av sin matförsörjning via strålarna som sköt ut från det så långt som 8000 ljusår bort och gick så snabbt som 620 miles per sekund. Mängden som skickats i kombination med stjärna närvaron av Mrk 231 indikerar att dessa aktiva galaktiska kärnor närmar sig slutet av sin aktiva fas (STScl "Double", Gemini).

Ett annat bevis för tidigare sammanslagningar kom från quasar 3C 186, som ligger 8 miljarder ljusår bort med en massa på 1 miljard solmassor. Forskare upptäckte denna kvasar och märkte hur den kompenserades från värdgalaxen och drog sedan med spektroskopi slutsatsen att det inte bara var en kvasar utan också rörde sig i en snabb takt på 4, 7 miljoner mil i timmen och var 35 000 ljusår bort. En enorm mängd energi skulle krävas för att lansera kvasaren ut, som ... en sammanslagning, där det ena svarta hålet var mycket större än det andra och så lanserade följeslagaren ur galaxen den bodde (Klesman "Astronomer").

Ett astronomiskt mysterium som slutade vara indirekt bevis för dessa sammanslagningar hittades av Hanny van Arkel, en medborgare som använder webbplatsen Galaxy Zoo för att klassificera rymdobjekt. Hon hittade ett konstigt grönt filament i rymden och kallade det Hanny's Voorwerp (holländska för Hannys objekt). Det visar sig att de verkar vara runt kvasarer som var aktiva tidigare men inte längre är och är en relik från den tunga aktiva tiden. UV-strålning träffar dessa rester och det är det som lockar dem till att vara gröna. Vad kunde ha fått en sådan förändring i en kvasar? Om den hade släppts samman med en annan galax och orsakat en enorm spik i aktivitet innan man slog sig ner. De sedda filamenten bör så småningom falla i de nyligen sammanslagna föremålen och göra en ännu större galax (STScl "Dead").

Så vi vet att det är möjligt för kvasarer att ha fusioner tidigare, men hur kan vi lära oss mer om dem? Vilken annan information kan vi använda för att hjälpa oss att skilja dem från varandra? Forskare har en huvudsekvens av sorter med kvasarer för att hjälpa dem, ungefär som HR-diagrammet förknippat med stjärnor. Men varför existerar det? Det visar sig att det är möjligt att visa hur betraktningsvinkeln (eller hur den är orienterad med avseende på oss) och hur mycket material som kommer in i det svarta hålet kan användas för att förklara det. Arbet av Yue Shen från Carnegie Institute for Science och Luis Ho från Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics tittade på över 20 000 kvasarer från Sloan Digital Sky Survey. Efter att ha använt många statistik på informationen fann de att Eddington-förhållandet, eller hur effektivt ett svart hål äter vid saken kring den på grund av gravitationskraften som bekämpar ljustrycket är en av de viktigaste komponenterna. En annan är hur mycket du tittar på den i en vinkel för om kvasaren är platt mot himlen ser du alla dess handlingar men om det är på väg mot dig så kommer du att se lite aktivitet. Med båda dessa i handen kan en bättre förståelse för den eventuella tillväxten av kvasarer uppnås (Carnegie).

Det bör emellertid nämnas att det finns bevis för SMBH i deras värdgalaxer som växer med dem jämfört med sammanslagning i dem. De flesta SMBH: er som ses i kvasarer är 0, 1-0, 2% av värdgalaxens utbuktning i centrum, baserat på ljusstyrka kontra massdiagram. Naturligtvis har du oddbollar för det här beviset också. Ta till exempel NGC 1277, vars SMBH är 59% av den galaktiska utbuktningen, enligt en studie av Renico van den Bosch (från Max Planck Institute for Astronomy). Totalt med 17 miljarder solmassor är det ett odjur. Vad kan det betyda? (Kruesi 28).

Och sedan växte ett nytt mysterium. Komberg, Kravtsov och Lukash, tre forskare som arbetar med ett gemensamt Astro Space Center och New Mexico University-studien, tittade på kvasarer som bildar en Large Quasar Group (LQG). Vad är det här exakt? För denna studie valdes de som grupper på 10 eller fler kvasarer som var minst två gånger densiteten för lokala kvasargrupper och som hade solida rödförskjutningsvärden. Allt gjordes för att säkerställa att tillförlitliga trender kunde hittas genom att ta bort bakgrundsdata. Efter denna analysering analyserades endast 12 grupper. Forskarna drog slutsatsen att kvasarerna kan ha fungerat som platser för materialtäthet i det förflutna, liksom hur galaxer verkar följa en mörk materiaweb. Varför detta är fallet är oklart men det kan ha sitt ursprung i det tidiga universum. LQG: erna verkar också motsvara områden där stora elliptiska galaxer (som anses vara mycket gamla) bor. Detta är vettigt om kvasarer är från det förflutna och potentiellt utvecklats till detta. Det finns till och med möjliga bevis på att nuvarande galaxs superkluster kan ha sitt ursprung från LQG: er (Komberg et al).

Men vänta, det finns mer! Med hjälp av Very Large Telescope i Chile fann Damien Hutsemekers att av 93 kända kvasarer från det tidiga universum (när det var 1/3 av dess nuvarande ålder) hade 19 av sina rotationsaxlar nästan parallella med varandra. Detta hände på något sätt trots att de var miljarder ljusår borta. Axeln räcker också med längs banan för den kosmiska banan som kvasaren ligger på. Och chansen att detta är ett falskt fynd är mindre än 1%. Vad betyder det? Vem vet ... (Ferron "Aktiv", ESO).

Letar du efter mönster

Forskare insåg att de hade för många frågor och behövde något för att hjälpa till att lägga fram informationen på ett meningsfullt sätt. Så de kom med ett HR-diagram motsvarande för kvasarer, med 20 000 som hittades av Sloan Digital Sky Survey. Liksom det berömda stjärndiagrammet som visar intressanta evolutionsegenskaper för stjärnor, hittade detta kvasardiagram också ett mönster. Ja, Eddington-förhållandet har visat sig spela en roll, men också kvasars vinkel med avseende på oss. När du plottar spektrumlinjens bredd mot Eddington-förhållandet, inser man att det också finns ett färgförhållande. Och de gör en fin kilform också. Förhoppningsvis kan det leda till samma typ av förståelser som HR-diagrammet gjorde (Rzetelny "Massive").

HR-liknande diagram för kvasarer. |

Men naturligtvis väntar alltid ett nytt mysterium i vingarna. Ta SDSS J1011-5442, en kvasar som till synes försvann. Enligt en studie av Jessie Runnoe (University of Penn State) som släpptes vid AAS-mötet i januari 2016, studerades väte-alfa-utsläpp för en grupp objekt av SDSS från 2003 till 2015. I 5442-fallet minskade dessa utsläpp med en faktor av 50 och nu ser det ut som en vanlig galax. Varför slutade det? Svaret förblir okänt men det är troligt att allt material som omger kvasars omedelbara närhet har konsumerats och nu utan mat stängs de av (Eicher, Raddick).

Ett annat mysterium ligger i en studie gjord av Hai Fu och teamet vid University of Iowa. I deras artikel den 31 juli 2017 i Astrophysical Journal upptäcktes fyra kvasarer i dammtunga stjärnbildande galaxer. De fann att alla sparkade ut material med hög energi så ... kanske var det en tidig process som startade stjärnbildningen. Men kvasarer är inte kända för att de finns under dessa förhållanden, så kanske dessa är regioner med låg täthet som tillåter oss en inblick i deras inre funktioner. Detta kan då innebära att det finns fler kvasarer än vi känner till ... för tillfället (Klesman "kvasarer").

Andra möjligheter

Det är värt att nämna att en alternativ metod för kvasaraktivitet har tagits fram. Den kallas teorien för kallgasuttag och säger att kvasarer kan matas genom kosmiska trådar, som kommer från strukturen kring galaxer med tillstånd av mörk materia. Detta eliminerar inte sammanslagningar som en möjlig tillväxtmekanism men det ger ett rimligt alternativ, enligt Kelly Holley-Bockelmann (biträdande professor i fysik och astronomi från Vanderbilt University) (Ferron "How").

Det är också viktigt att notera att en viktig alternativ teori till alla ovanstående har postulerats av forskare som studerar stabilitetsteori eller tanken att universum är evigt och ständigt skapar ny materia. Baserat på dessa forskares arbete är den röda skiftningen som ses faktiskt en förutsägelse av vad en observatör skulle se om ny materie skapades. Detta innebär att kvasarer faktiskt är källan till ny materie som skapas, liknande det hypotetiska vita hålet. Men inte många anser att denna idé är allvarlig. Ändå är det viktigt att överväga alla möjligheter, särskilt när du hanterar något så konstigt som en kvasar.

Citerade verk

Carnegie Institution for Science. Mysterious Quasar Sequence Explained. Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 11 september 2014. Webb. 12 december 2014.

Eicher, David J. "En kvasar försvinner." Astronomi maj 2016: 17. Tryck.

ESO. "Spöklik inriktning av kvasarer över miljarder ljusår." 19 nov 2014. Webb. 29 juni 2016.

Ferron, Karri. Active Black Holes Align. ”Astronomi mars 2015: 12. Skriv ut.

---. "Hur förändras vår förståelse för tillväxt av svart hål?" Astronomi nov 2012: 22. Tryck.

Francis, Matthew. 6-miljarder år gammal kvasar som snurrar nästan lika snabbt som fysiskt möjligt. ars technica . Conde Nast., 5 mars 2014. Webb. 12 december 2014.

Fulvio, Melia. Det svarta hålet i centrum av vår galax. New Jersey: Princeton Press. 2003. Tryck. 152-5.

Gemini. "Quasars bälte löser ett långvarigt mysterium." astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 23 februari 2011. Web. 20 augusti 2018.

Howell, Elizabeth. Obese Black Hole Galaxies kan hjälpa till att förklara hur kvasarer bildas. HuffingtonPost . Huffington Post, 17 juni 2013. Web. 15 december 2014.

Klesman, Alison. "Astronomer upptäcker en bortkörningskvasar." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 24 Mar 2017. Web. 31 oktober 2017.

---. "Kvasarer kan lägga ut starbursts i unga galaxer." Astronomi december 2017. Tryck. 18.

Komberg, BV, AV Kravtsov och VN Lukash. "Sökning och utredning av de stora grupperna kvasarer." arXiv 9602090v1.

Kruesi, Liz. "Secrets of the Brightest Objects in the Universe." Astronomi jul 2013: 24, 26-8. Skriva ut.

Raddick, Jordanien. "Fallet med den saknade kvasaren." astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 11 Jan. 2016. Web. 20 augusti 2018.

Rzetelny, Xaq. "Massive Survey gör känslan av kvasars mångfald." arstechnica.com . Conte Nast., 21 september 2014. Webb. 29 juni 2016.

---. "Kvasars våldsamma ursprung." arstechnica.com . Conte Nast., 29 juni 2015. Webb. 29 juni 2016.

Scoles, Sarah. "Brist på tunga element i Quasar föreslår att stjärnbildandet börjar." Astronomi Apr. 2013: 22. Tryck.

Shipman, Harry L. Black Holes, Quasars och the Universe. Boston: Houghton Mifflin, 1980. Tryck. 152-3, 178-9.

STScl. "Hubble finner att den närmaste kvasaren drivs av ett dubbelt svart hål." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 28 augusti 2015. Webb. 19 oktober 2017.

---. "Hubble hittar fantomobjekt nära döda kvasarer." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 03. april 2015. Webb. 27 augusti 2018.

---. "Hubble ser kvasarernas" tonår "." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 22 juni 2015. Web. 28 augusti 2018.

Wall, Mike. “50-årigt kosmiskt mysterium: 10 kvasarfrågor för upptäckaren Maarten Schmidt.” Space.com . Inköp, 15 mars 2013. Webb. 11 december 2014.

  • Konstiga fakta om tyngdkraften
    Vi vet alla tyngdkraften som jorden utövar på oss. Vad vi kanske inte inser är de oförutsedda konsekvenserna som sträcker sig från vår vardag till några konstiga hypotetiska scenarier.
  • Vilka är de olika typerna av svarta hål?
    Svarta hål, mystiska föremål för universum, har många olika typer. Känner du till skillnaderna mellan dem alla?