Τα πιό μακρινά και λαμπρά αντικείμενα του Σύμπαντος, που ο καθένας τους εκπέμπει ενέργεια εκατοντάδες φορές μεγαλύτερη από ένα γιγαντιαίο γαλαξία. Η απόσταση τους υπολογίζεται από την μεγάλη μετατόπιση που παρουσιάζει το φάσμα τους προς το ερυθρό.
Πρωτοανακαλύφθηκαν το 1960, όταν οι αστρονόμοι έψαχναν για πολύ ισχυρές ραδιοπηγές. Γι' αυτόν το λόγο ονομάστηκαν QUAsi-stellAR (ημιαστρικές ραδιοπηγές) ή ημιαστέρες. Σήμερα ξέρουμε πως δεν έχουν καμμιά ομοιότητα με τους αστέρες αν και στις φωτογραφίες μοιάζουν.
Η μελέτη τους είναι σπουδαία λόγω της εικόνας που σχηματίζουμε για τα αρχαιότερα αντικείμενα του Σύμπαντος. Δημιουργήθηκαν στο αρχέγονο σύμπαν και η ηλικία τους συγκρίνεται με αυτό το ίδιο το σύμπαν.
Αν και υπήρχαν πολλές θεωρίες για την προέλευση τους, σήμερα πιστεύουμε πως οι κβάζαρ είναι πυρήνες γαλαξιών οι οποίοι περιέχουν στο κέντρο τους μια μεγάλη μαύρη τρύπα. Η μαύρη τρύπα έλκει αέρια από τον γαλαξία που την περιβάλλει, τα οποία, λόγω της έλξης, αποκτούν στροφορμή και πολύ συχνά σχηματίζουν ένα δίσκο συσσώρευσης γύρω από αυτή.
Καθώς ο δίσκος συσσώρευσης περιστρέφεται, τα αέρια και η σκόνη του θερμαίνονται όλο και περισσότερο, εξαιτίας της βαρύτητας και της τριβής. Αυτό είναι που δημιουργεί την έντονη ακτινοβολία. Πολύ συχνά οι δίσκοι συσσώρευσης των κβάζαρ συνοδεύονται από δύο πίδακες, έναν σε κάθε πλευρά τους. Οι πίδακες αυτοί είναι μαγνητισμένα νέφη ηλεκτρονίων που κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες.
Οι κβάζαρ ανήκουν σ' εκείνη την κατηγορία των ουράνιων σωμάτων που ονομάζουμε "ενεργούς" γαλαξίες. Οι κβάζαρ, αν και δεν ξεπερνούν κατά πολύ σε μέγεθος τον 'Ηλιο, είναι εκατοντάδες φορές πιο λαμπροί από τον ίδιο τον Γαλαξία μας και εκπέμπουν σε μια ευρεία περιοχή του φάσματος: από το υπέρυθρο μέχρι την περιοχή των ακτίνων-Χ ή και σπανιότερα των ακτίνων-γ.
Μια σημαντική μεταβολή της φωτεινότητας ενός κβάζαρ, μέσα σε ένα μήνα για παράδειγμα, σημαίνει πως το μέγεθός του δεν ξεπερνά τον ένα μήνα φωτός. Επομένως, οι κβάζαρ είναι αντικείμενα πολύ μικρά σε σύγκριση με τους γαλαξίες.
Άρθρο βασισμένο στις ιστοσελίδες του Scientific American, Hubble, NASA και Περισκόπιο της επιστήμης
Με βάση την επικρατέστερη θεωρία, το Σύμπαν προήλθε από μία Μεγάλη Εκρηξη (Big Bang) στο μακρινό παρελθόν. Η έκρηξη αυτή είχε αποτέλεσμα οι γαλαξίες να απομακρύνονται έκτοτε ο ένας από τον άλλο, γεγονός που αντικατοπτρίζεται στη μετατόπιση της συχνότητας της ακτινοβολίας τους προς το ερυθρό. Ο βαθμός μετατόπισης εκφράζει το βαθμό της απομάκρυνσης τους και αυτή με τη σειρά της αποκαλύπτει την ταχύτητα με την οποία ένα αντικείμενο απομακρύνεται από εμάς.
Ετσι οι αστρονόμοι τον τελευταίο καιρό (Απρίλιος 2000) έχουν ανακαλύψει κβάζαρ που η μετατόπιση του προς το ερυθρό είναι της τάξεως του 5.8. Η απόσταση του συγκεκριμένου κβάζαρ με βάση τη μετατόπισή του προς το ερυθρό της ακτινοβολίας του είναι της τάξεως των 12 δισ. έτη φωτός. Η απόσταση αυτή ουσιαστικά σημαίνει ότι το βλέπουμε στην κατάσταση που βρισκόταν πριν από 12 δισ. χρόνια, πολύ κοντά δηλαδή στην υπολογισμένη ηλικία του σύμπαντος.
Μετά την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκόπιου Hubble, το 1990, οι επιστήμονες έχουν επιδοθεί στο "κυνήγι" των κβάζαρ, στην προσπάθειά τους να παρατηρήσουν το Σύμπαν ολοένα πιο κοντά στη "νηπιακή" του ηλικία.
Μέχρι σήμερα, το SDSS ( Sloan Digital Sky Survey διεθνές πανεπιστημιακό ερευνητικό πρόγραμμα, που έχει στόχο την παρατήρηση απομακρυσμένων αντικειμένων στο Σύμπαν με τη βοήθεια ενός τηλεσκόπιου-ρομπότ στο Νέο Μεξικό και του μεγαλύτερου επίγειου τηλεσκόπιου Keck στη Χαβάη ), έχει ανακοινώσει την ανακάλυψη 1.000 περίπου τέτοιων φωτεινών αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένων και των δέκα πιο απομακρυσμένων που έχουν γίνει γνωστά μέχρι σήμερα.
Η συνολική ενέργεια που εκπέμπουν οι κβάζαρ είναι τεράστια: ένας μεγάλος αριθμός τους εκπέμπει ποσότητα ενέργειας με ρυθμό μια ηλιακή μάζα ανά χρόνο. Η ακτινοβολία που εκπέμπει ένας κβάζαρ αε όλα τα μήκη κύματος μετα6άλλεται πάρα πολύ μέσα σε μια χρονική περίοδο μερικών μηνών ή, σε ορισμένες περιπτώσεις, μερικών ημερών.
Πού, όμως, οφείλεται η τεράστια έκλυση ενέργειας ενός κβάζαρ; Ενα άστρο παράγει ενέργεια η οποία εκλύεται από πυρηνικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό του. Με τον τρόπο όμως αυτό ένα άστρο στο μέγεθος του Ηλιου παράγει μόλις το 1% περίπου της ενέργειας που εκλύεται από έναν κβάζαρ.
Οπως αναφέραμε πριν οι κβάζαρ είναι πυρήνες γαλαξιών οι οποίοι περιέχουν στο κέντρο τους μια μεγάλη μαύρη τρύπα. Η μάζα της μαύρης τρύπας είναι από ένα εκατομμύριο έως ένα δισεκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ηλιου, αλλά καταλαμβάνει όγκο ίσο περίπου μ' αυτόν του Ηλιου.
Η μαύρη τρύπα έλκει αέρια από τον γαλαξία που την περιβάλλει, τα οποία, λόγω της έλξης, αποκτούν στροφορμή και πολύ συχνά σχηματίζουν έναν δίσκο συσσώρευσης γύρω της. Καθώς ο δίσκος συσσώρευσης περιστρέφεται, τα αέρια και η σκόνη του θερμαίνονται όλο και περισσότερο, εξαΙτίας της βαρύτητας και της τριβής.
Αυτό είναι που δημιουργεί την έντονη ακτινοβολία. Η παραγωγή ενέργειας είναι 30 φορές μεγαλύτερη από εκείνη των πυρηνικών αντιδράσεων αφού η βαρυτική ενέργεια μετατρέπεται σε ακτινοβολία κατά ένα μεγάλο ποσοστό.
Αν και η φωτεινότητα των κβάζαρ είναι τεράστια, το τμήμα του δίσκου από το οποίο πηγάζει το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας έχει μέγεθος ανάλογο μ' αυτό του Ηλιακού μας Συστήματος. Οι δίσκοι αυτοί ακτινοβολούν το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειάς τους στο υπεριώδες, ενώ ένα μεγάλο μέρος της ακτινοβολίας είναι πιθανόν ακτινοβολία σύγχροτρον.
Πιστεύεται ότι οι δίσκοι συσσώρευσης των κβάζαρ εκτείνονται χιλιάδες έτη φωτός μακριά από την κεντρική μαύρη τρύπα, έχουν αρκετό πάχος και ίσως είναι παραμορφωμένοι. Εξαιτίας του πάχους του, ο δίσκος ενός κβάζαρ συλλαμβάνει αρκετή από την υπεριώδη ακτινοβολία των κεντρικών του τμημάτων και την επανεκπέμπει στο υπέρυθρο.
Πολύ συχνά οι δίσκοι συσσώρευσης των κβάζαρ συνοδεύονται από δύο πίδακες, έναν σε κάθε πλευρά τους. Οι πίδακες αυτοί είναι μαγνητισμέ. να νέφη ηλεκτρονίων που κινούνται με σχετικιστικές ταχύτητες. Το σχήμα και η συμπεριφορά των πιδάκων διέπονται από τη διατήρηση της ορμής (σε αντιδιαστολή με τη διατήρηση της στροφορμής, που διέπει τους δίσκους συσσώρευσης).
Ενας πίδακας εξακολουθεί να κινείται σε ευθεία γραμμή έως ότου επιβραδυνθεί μεταβιβάζοντος την ορμή του στα γύρω αέρια. Καθώς ο πίδακας επιβραδύνεται, μετατρέπει την κινητική του ενέργεια σε θερμότητα και ακτινοβολία, όπως ακριβώς και οι δίσκοι συσσώρευσης.
Πολλοί αστρονόμοι σήμερα πιστεύουν πως ένας κβάζαρ γεννιέται με τη σύγκρουση δύο μεγάλων γαλαξιών που έχουν παραπλήσιες μάζες. Ισως να υπάρχει ήδη μια μαύρη τρύπα στο κέντρο κάθε γαλαξία ή μπορεί να δημιουργηθεί μια με τη σύγκρουση. Σε κάθε περίπτωση, η σύγκρουση έχει ως αποτέλεσμα να αρχίσουν να απορροφώνται υλικά από τη μαύρη τρύπα παράγοντας τεράστια ποσά ενέργειας και δίνοντας το έναυσμα για τη δημιουργία του κβάζαρ.
Για να δημιουργηθεί, όμως, ένας κβάζαρ από τη σύγκρουση δύο γαλαξιών, αυτοί πρέπει να είναι πλούσιοι σε αέρια που βρίσκονται σε μoριακή μορφή (η μορφή που έχει ένα αέριο στην πιο πυκνή του κατάσταση). Η σύγκρουση δύο πλούσιων σε αέρια γαλαξιών έχει ως αποτέλεσμα τη συμπίεση των αερίων, την αύξηση της πυκνότητάς τους και τη γρήγορη πτώση τους στη μαύρη τρύπα.
Κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης μεταξύ δύο υψηλής περιεκτικότητας σε αέρια γαλαξιών, εκτός από τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων αερίου στην κεντρική μαύρη τρύπα και τη δημιουργία ενός κβάζαρ, το αέριο συμπιέζεται δημιουργώντας σμήνη νέων άστρων.
Το φως από αυτά τα άστρα, που αποτελεί ένα σημαντικό μέρος της ορατής λαμπρότητας του νεοδημιουργηθέντος ουράνιου σώματος, απορροφάται επίσης από τη σκόνη και τα αέρια. Τελικά, όμως, τα νέα άστρα και ο ίδιος ο κβάζαρ θα διαλύσουν το σύννεφο σκόνης που τα σκεπάζει.
Εκρήξεις σουπερνόβα και άνεμοι που προέρχονται από τα νέα άστρα θα ανοίξουν διόδους μέσα στη σκόνη και το ισχυρό φως του κβάζαρ θα περάσει μέσα από αυτήν. Σε εκατομμύρια χρόνια, ο θαμμένος κάτω από τη σκόνη κβάζαρ θα αναδυθεί από το κέλυφός του. Ετσι ο κβάζαρ μεταβαίνει από την υπέρυθρη κατάσταση στην ορατή.
Τα τελευταία χρόνια, καθώς κατασκευάζουμε όλο και πιο ευαίσθητους ανιχνευτές, έχουμε διαπιστώσει ότι όλα τα ουράνια σώματα αυτού του είδους που εκπέμπουν στο υπέρυθρο περιέχουν τεράστια ποσά μοριακού αερίου.
Πολλές φορές η ποσότητα του αερίου αυτού είναι 10 έως 20 φορές μεγαλύτερη από τη συνολική ποσότητα μοριακού αερίου στον Γαλαξία μας, είναι δε όλο συγκεντρωμένο σε μια πολύ μικρή κεντρική περιοχή. Η συσσώρευση των τεράστιων αυτών ποσοτήτων μοριακού αερίου είναι ακριβώς ό,τι χρειάζεται για να τροφοδοτηθεί μια μαύρη τρύπα και να δοθεί το έναυσμα της δημιουργίας ενός κβάζαρ.
Ενας συνηθισμένος κβάζαρ θα συνεχίσει να ακτινοβολεί για 10 έως 100 εκατομμύρια χρόνια, μέχρις ότου το αέριό του καταναλωθεί από τη μαύρη τρύπα καθώς και από τον σχηματισμό νέων άστρων. Στη συνέχεια θα καταλήξει σ' έναν λαμπρό ελλειπτικό γαλαξία, δηλαδή σ' έναν γαλαξία πολύ μικρής περιεκτικότητας σε σκόνη και αέρια, ή σε έναν φτωχό σε αέρια σπειροειδή γαλαξία.
Η θεωρία άτι οι κβάζαρ προέρχονται από τη σύγκρουση γαλαξιών μπορεί να εξηγήσει γιατί κάποτε έλαμπαν στον ουρανό περισσότεροι κβάζαρ από ότι σήμερα. Οι περισσότεροι από τους κβάζαρ που έχουμε παρατηρήσει μέχρι σήμερα παρουσιάζουν μια μετατόπιση προς το ερυθρό μεγαλύτερη από 2.
Μια τόσο μεγάλη μετατόπιση προς το ερυθρό σημαίνει πως οι κβάζαρ σχηματίστηκαν αρκετά νωρίς, αντιστρέφοντας δε τη διαδικασία διαστολής του Σύμπαντος, φτάνουμε στην εποχή που το Σύμπαν ήταν αρκετά πιο μικρό και πυκνοκατοικημένο, επομένως οι γαλαξίες συγκρούονταν πιο συχνά μεταξύ τους.
Επιπλέον, εκείνοι οι νέοι γαλαξίες περιείχαν περισσότερο αέριο από ότι οι σημερινοί, αφού μόλις είχε αρχίσει η διαδικασία μετατροπής του αερίου τους σε άστρα. Περισσότερο αέριο σημαίνει περισσότερο "καύσιμο" για να τροφοδοτήσει μια μαύρη τρύπα και να τεθεί σε ενέργεια ένας κβάζαρ.
Υπάρχουν αστρονόμοι που διαφωνούν με την παραπάνω θεωρία, ότι δηλαδή οι κβάζαρ δημιουργούνται μόνο εξαιτίας της σύγκρουσης γαλαξιών, και πιστεύουν ότι οι κβάζαρ είναι μονήρεις γαλαξίες που η κεντρική μαύρη τρύπα του καθενός τροφοδοτείται με μάζα από τον ίδιο τον γαλαξία.
Η ελάττωση του αριθμού των κβάζαρ που παρατηρούμε σήμερα εξηγείται με τον παρακάτω τρόπο. Σε μια δεδομένη εποχή, ίσως μερικά δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, σχηματίστηκαν οι γαλαξίες.
Στον πυρήνα πολλών γαλαξιών σχηματίστηκε μια μαύρη τρύπα ως αποτέλεσμα του θανάτου ενός άστρου μεγάλης μάζας, η οποία άρχισε να αυξάνεται απορροφώντας αέρια από τον γύρω χώρο.
Η μάζα και η λαμπρότητα μιας μαύρης τρύπας που καταναλώνει αέριο το οποίο αφθονεί γύρω της αυξανόταν πολύ γρήγορα.
Επομένως, την εποχή που οι γαλαξίες περιείχαν μεγάλες ποσότητες αερίου και σε μεγάλη πυκνότητα, η λαμπρότητα των κβάζαρ αυξάνονταν γρήγορα. Στη συνέχεια, η λαμπρότητα άρχισε να ελαττώνεται, καθώς οι μαύρες τρύπες κατανάλωναν όλο και περισσότερο από το διαθέσιμο αέριο που βρισκόταν στη γειτονιά τους, μέχρις ότου στο τέλος έγιναν αόρατες.
Επομένως, η σύγκρουση δύο γαλαξιών μπορεί πράγματι να δημιουργήσει έναν κβάζαρ, αλλά αυτός δεν είναι ο μόνος τρόπος. Στον τελικό έλεγχο της θεωρίας της σύγκρουσης γαλαξιών θα μπορέσουν ίσως να προβούν οι απόγονοί μας σε μερικά... δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα.
Αν η θεωρία αυτή είναι σωστή, τότε ο Γαλαξίας μας θα μετατραπεί σε κβάζαρ αν συγκρουστεί με τον γαλαξία της Ανδρομέδας.
Οι δύο γαλαξίες προσεγγίζουν μεταξύ τους με ταχύτητα 120 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο και υπάρχουν όλες οι προϋποθέσεις ώστε αν συγκρουστούν να δημιουργήσουν έναν κβάζαρ: είναι μεγάλοι σπειροειδείς γαλαξίες, πιθανώς να έχουν ήδη στα κέντρα τους μαύρες τρύπες, έχουν περίπου την ίδια μάζα και είναι πλούσιοι σε αέρια.
Και για τους … Ψαγμενους … Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες Hubble Η σελίδα του διαστημικού παρατηρητηρίου , Τεχνικό Πανεπιστήμιο Virginia Ερωτήσεις για τα quasars , Hubble Αγγλική εκλαϊκευτική σελίδα για τον Hubble , NASA Chandra X-ray Observatory News , Gallery-Επιτυχίες του Hubble
physics4u.gr
Δεν υπάρχουν σχόλια :
Δημοσίευση σχολίου