Kvasarid: definitsioon, teke ja tähtsus universumis

Kvasarid: mis need on, kuidas tekivad ja miks olulised universumis — supermassiivsed mustad augud, akkretsioonenergia ja kvasarite roll galaktikate arengus.

Kvasaarid ehk kvaasitähtedega raadioallikad on kõige energilisemad ja kaugemad aktiivsed galaktilised tuumad (AGN). Nad on erakordselt intensiivsed elektromagnetilise kiirguse allikad, mis võivad heleduses ületada terveid galaktikaid.

Mis on kvasar?

Kvasar on kompaktne, väga heledalt kiirgav piirkond massiivse galaktika keskmes, kus aktiivselt akreerub aine keskse supermassiivse musta augu ümber. Kvasarite heledus tekib peamiselt gravitatsioonienergia muundumisest akretsioonikettal langeva massi käigus: kukkuv gaas ja tolm soojeneb ning kiirgub intensiivselt, vahel tekivad ka kitsad ja laiad spektrijooned ning relativistlikud väljutusvoolud ehk jet'id.

Teke ja siseehitus

• Keskmine komponent: keskne supermassiivne must auk, mille mass võib ulatuda miljonitest kuni miljarditeni Päikese massi, ümbritsetuna akretsioonikettast.
• Akkretsiooniketas: kuum, tihe kettasarnane struktuur, kus potentsiaalne energia muundub elektromagnetiliseks kiirguseks. See protsess võib olla väga tõhus — tüüpiline muundumistõhusus on kuni ~10% või rohkem, mis selgitab kvasarite erakordset heledust.
• Laialdased ja kitsad piirkonnad: akretsiooniketta lähedal asub laia emissioonijoonte teke (broad-line region), samas väljaspool on kitsamate joonte allikaid (narrow-line region), mis annavad spektrile iseloomuliku kuju.
• Relativistlikud jets: mõnel kvasaril tekivad tipu lähedalt suunatud ja väga kiirelt liikuvad väljavoolud, mis kiirgavad eriti intensiivselt raadio- ja röntgenväljadel; need võivad olla suunatud peaaegu otse meie poole, tekitades tugevamat näivat heledust (beaming).

Vaadeldavad omadused

Kvasarid on äärmiselt heledad ja sageli kõrge punase nihkega, mis tähendab, et neid näeme väga varajasest universumist. Esmakordselt tuvastati nad kui kõrge punase nihkega allikad, mis kiirgavad laia spektrit — alates raadiolainetest kuni nähtava valguse ja röntgeni/ultraviolettini. Nende spektris on tavaliselt väga laiad emissioonijooned, mis erinevad tähte iseloomustavatest joontest, seetõttu nimetatigi neid algselt "kvaasitähtedeks".

Variatsioon: kvasarite heleduse muutumine võib toimuda lühikestel (päevad–kuud) või pikkadel (aastad) aegadel — see näitab, et kiirgav piirkond on kompaktne (suurusjärgus Päikesesüsteemi või sellest vähem). Kvasarid jagunevad ka radio‑loud (raadio‑tugevad) ja radio‑quiet tüüpideks, sõltuvalt nende raadioemisiooni tugevusest.

Punane nihe ja kaugus

Suure punase nihkega kvasarid võimaldavad uurida varajast kosmost. Näiteks mainitud kvasari punase nihkega 7,085 (seisuga 2011. ^aasta juuni) viitab sellele, et see objekt asub Maast hinnanguliselt ~29 miljardi valgusaasta kaugusel (arvestades liikuva kauguse mõistet). Sellised vaatlused annavad teavet esimeste galaktikate, täheteketu ja kosmilise reionisatsiooni faasi kohta.

Roll universumis ja tähtsus

• Taevakanalid varajase universumi uurimiseks: kvasarid toimivad tugevate valgustena, mis valgustavad läbi lähedal oleva gaasi ja tolmu, võimaldades uurida varajaste aegridade keemilist koosseisu ja kosmilist keskkonda.
• Galaktikate ja mustade aukude evolutsioon: kvasarifaas näitab aktiivset massiakretsiooni ja võib oluliselt mõjutada galakti põhikomponente — näiteks energetiline tagasiside (feedback) võib vallandada või pärssida tähe-tekke protsesse hostgalaktikas.
• Universaalsed majakasfunktsioonid: nende suure heleduse tõttu on kvasarid tavalised uurimisobjektid kaugete kosmiliste ajalooetappide kaardistamisel.

Elutsükkel ja levimus

Kvasari aktiivne faas kestab üldiselt ligikaudu 10^7–10^8 aastat; see lõppeb siis, kui keskkond läheduses ammendub — supermassiivne must auk on söönud suure osa ligipääsetavast gaasist ja tolmust. See seletab, miks varases universumis olid kvasarid sagedasemad kui tänapäeva universumis. Tõenäoliselt on paljud tänapäevased galaktikad, sealhulgas meie enda Linnutee, kunagi läbinud sarnase aktiivse faasi, kuid on nüüd "uinunud", sest neil puudub piisavalt vaba ainet mustade aukude toidetamiseks.

Kokkuvõte

Kvasarid on erakordselt heledad, kompaktseid ja kõrge energiasisendiga objektid, mis annavad väärtuslikku teavet nii supermassiivsete mustade aukude füüsika kui ka universumi varajase arengu kohta. Nende uurimine aitab mõista galaktilist evolutsiooni, aine ringlust ja kosmilisi olusid ajal, mil universum oli veel noor.

Küsimused ja vastused

K: Mis on kvarts?

K: Kui kaugel võib kvasaare leida?

K: Milline on nende heleduse muutumise mehhanism?

K: Mida arvatakse olevat kvasari keskmes?

K: Kust pärineb selle energia?

K: Kui heledad on nad võrreldes teiste galaktikatega?

K: Miks olid nad varajases universumis sagedasemad?

Otsing