Pin
Send
Share
Send


Zie Quasar (ondubbelzinnig maken) voor ander gebruik.Artist's impression van quasar GB1508.

EEN quasar (samentrekking van QUASi-stellAR radiobron) is een extreem heldere en verre actieve kern van een jonge melkweg. Quasars werden voor het eerst geïdentificeerd als bronnen met een hoge roodverschuiving van elektromagnetische energie, waaronder radiogolven en zichtbaar licht. Ze zijn puntachtig, vergelijkbaar met sterren, in plaats van uitgebreide lichtbronnen, zoals sterrenstelsels. Hoewel er enige aanvankelijke controverse was over de aard van deze objecten, is de huidige wetenschappelijke consensus dat een quasar een compacte halo van materie is die het centrale superzware zwarte gat van een jonge melkweg omgeeft.

Overzicht

Quasars vertonen een zeer hoge roodverschuiving, wat aangeeft dat quasars en de aarde snel van elkaar af bewegen, als onderdeel van het expansieproces van het universum. In combinatie met de wet van Hubble betekent dit dat quasars erg ver weg zijn. Om op die afstand waarneembaar te zijn, moet de energie-output van quasars die van bijna elk bekend astrofysisch fenomeen in een melkwegstelsel overschrijden, behalve voor relatief kortstondige gebeurtenissen zoals supernovae en gammastraaluitbarstingen. Quasars kunnen gemakkelijk energie vrijgeven in niveaus die gelijk zijn aan de output van honderden gemiddelde sterrenstelsels gecombineerd. De lichtoutput is gelijk aan een triljoen zonnen.

In optische telescopen zien quasars eruit als enkele lichtpunten (d.w.z. puntbron), hoewel velen hun "gastheerstelsels" hebben geïdentificeerd. De sterrenstelsels zelf zijn vaak te zwak om met alle behalve de grootste telescopen te kunnen worden gezien. De meeste quasars zijn niet te zien met kleine telescopen, maar 3C 273, met een gemiddelde schijnbare magnitude van 12,9, is een uitzondering. Op een afstand van 2,44 miljard lichtjaar is het een van de verste objecten die direct met amateurapparatuur kan worden waargenomen.

Sommige quasars vertonen snelle veranderingen in helderheid, wat impliceert dat ze klein zijn (een object kan niet sneller veranderen dan de tijd die het licht nodig heeft om van het ene eind naar het andere te reizen; zie quasar J1819 + 3845 voor een andere uitleg). De hoogste roodverschuiving die momenteel bekend staat voor een quasar is 6.4.1

Quasars worden verondersteld te worden aangedreven door aangroei van materiaal in superzware zwarte gaten in de kernen van verre sterrenstelsels, waardoor deze lichtgevende versies van de algemene klasse van objecten bekend staan ​​als actieve sterrenstelsels. Geen ander momenteel bekend mechanisme lijkt de enorme energie-output en snelle variabiliteit te verklaren.

Kennis van quasars vordert snel. In de jaren tachtig was er nog geen duidelijke consensus over hun oorsprong.

Geschiedenis van quasarobservatie

De eerste quasars werden eind jaren vijftig met radiotelescopen ontdekt. Velen werden opgenomen als radiobronnen zonder bijbehorend zichtbaar object. Door kleine telescopen en de Lovell-telescoop als interferometer te gebruiken, bleek dat ze een zeer kleine hoekafmeting hadden.2 Honderden van deze objecten werden opgenomen in 1960 en gepubliceerd in de Derde Cambridge-catalogus terwijl astronomen de hemel afzochten op de optische tegenhangers. In 1960 werd radiobron 3C 48 eindelijk aan een optisch object gebonden. Astronomen ontdekten wat een vage blauwe ster leek op de locatie van de radiobron en verkregen het spectrum. Met veel onbekende brede emissielijnen tartte het afwijkende spectrum de interpretatie - een claim van John Bolton van een grote roodverschuiving werd niet algemeen aanvaard.

In 1962 werd een doorbraak bereikt. Er werd voorspeld dat een andere radiobron, 3C 273, vijf occulaties door de maan zou ondergaan. Metingen uitgevoerd door Cyril Hazard en John Bolton tijdens een van de occultaties met de Parkes-radiotelescoop stelden Maarten Schmidt in staat om het object optisch te identificeren en een optisch spectrum te verkrijgen met behulp van de 200-inch Hale-telescoop op Mount Palomar. Dit spectrum onthulde dezelfde vreemde emissielijnen. Schmidt realiseerde zich dat dit eigenlijk spectraallijnen van waterstof waren die met 15,8 procent roodverschoven waren. Deze ontdekking toonde aan dat 3C 273 achteruitging met een snelheid van 47.000 km / s.3 Deze ontdekking bracht een revolutie teweeg in quasarobservatie en stelde andere astronomen in staat om roodverschuivingen te vinden van de emissielijnen van andere radiobronnen. Zoals eerder door Bolton voorspeld, bleek 3C 48 een roodverschuiving van 37 procent de lichtsnelheid te hebben.

De voorwaarde quasar werd bedacht door de in China geboren Amerikaanse astrofysicus Hong-Yee Chiu in 1964, in Natuurkunde vandaag, om deze raadselachtige objecten te beschrijven:

Tot dusverre wordt de onhandig lange naam "quasi-stellaire radiobronnen" gebruikt om deze objecten te beschrijven. Omdat de aard van deze objecten volledig onbekend is, is het moeilijk om een ​​korte, geschikte nomenclatuur voor hen te maken, zodat hun essentiële eigenschappen duidelijk uit hun naam blijken. Gemakshalve zal de verkorte vorm "quasar" in dit document worden gebruikt.

Later bleek dat niet alle (eigenlijk slechts 10 procent of zo) quasars een sterke radio-uitzending hebben (of "radio-luid" zijn). Vandaar dat de naam "QSO" (quasi-stellair object) wordt gebruikt (naast quasar) om naar deze objecten te verwijzen, inclusief de radioluid en de radiostille klassen.

Een geweldig onderwerp van discussie in de jaren 1960 was of quasars objecten in de buurt waren of objecten in de verte, zoals geïmpliceerd door hun roodverschuiving. Er werd bijvoorbeeld gesuggereerd dat de roodverschuiving van quasars niet te wijten was aan de uitbreiding van de ruimte, maar eerder aan licht dat uit een diepe gravitatieput ontsnapte. Een ster met voldoende massa om zo'n put te vormen zou echter onstabiel zijn en de Hayashi-limiet overschrijden.4 Quasars vertonen ook ongebruikelijke spectrale emissielijnen die eerder alleen werden gezien in hete gasvormige nevels met lage dichtheid, die te diffuus zouden zijn om zowel de waargenomen kracht te genereren als in een diepe gravitatieput te passen.5 Er waren ook ernstige zorgen over het idee van kosmologisch verre quasars. Een sterk argument tegen hen was dat ze energieën inhielden die de bekende energieconversieprocessen, waaronder kernfusie, ver overstegen. Op dit moment waren er enkele suggesties dat quasars werden gemaakt van een tot nu toe onbekende vorm van stabiele antimaterie, en dat dit misschien hun helderheid verklaart. Anderen speculeerden dat quasars een wit gat in een wormgat waren. Toen echter accretieschijf-energieproductiemechanismen in de jaren zeventig met succes werden gemodelleerd, werd het argument dat quasars te lichtgevend waren, tegenwoordig en bijna alle onderzoekers onderschrijven de kosmologische afstand van quasars.

In 1979 werd het zwaartekrachtlenseffect voorspeld door Einstein's algemene relativiteitstheorie voor het eerst waarnemend bevestigd met beelden van de dubbele quasar 0957 + 561.6

In de jaren tachtig werden uniforme modellen ontwikkeld waarin quasars werden geclassificeerd als een bepaald soort actief sterrenstelsel, en een algemene consensus kwam naar voren dat het in veel gevallen eenvoudigweg de kijkhoek is die hen onderscheidt van andere klassen, zoals blazars en radiosterrenstelsels. De enorme helderheid van quasars is het gevolg van de accretieschijven van centrale superzware zwarte gaten, die in de orde van 10 procent van de massa van een object kunnen omzetten in energie, vergeleken met 0,7 procent voor het kernfusieproces van de pp-keten dat de energie domineert productie in zonachtige sterren.

Dit mechanisme verklaart ook waarom quasars vaker voorkwamen in het vroege universum, omdat deze energieproductie eindigt wanneer het superzware zwarte gat al het gas en stof in de buurt verbruikt. Dit betekent dat het mogelijk is dat de meeste sterrenstelsels, inclusief de inheemse melkweg van de aarde, een actief stadium hebben doorlopen (verschijnen als een quasar of een andere klasse van actieve melkwegstelsels, afhankelijk van de massa van het zwarte gat en de accretion rate) en nu in rust zijn omdat ze ontbreken een toevoer van materie om in hun centrale zwarte gaten te voeden om straling te genereren.

Eigenschappen van quasars

Meer dan 100.000 quasars zijn bekend. Alle waargenomen spectra hebben aanzienlijke roodverschuivingen laten zien, variërend van 0,06 tot het recente maximum van 6,4. Daarom liggen alle bekende quasars op grote afstand van de aarde, de dichtstbijzijnde ligt op 240 Mpc (780 miljoen ly) en de verste op 4 Gpc (13 miljard ly). Van de meeste quasars is bekend dat ze meer dan 1,0 Gpc in afstand liggen; omdat het licht zo lang duurt om deze grote afstanden af ​​te leggen, zien waarnemers op aarde quasars zoals ze lang geleden bestonden - het universum zoals het was in het verre verleden.

Hoewel zwak wanneer optisch gezien, impliceert hun hoge roodverschuiving dat deze objecten op grote afstand van de aarde liggen, waardoor quasars de meest lichtgevende objecten in het bekende universum zijn. De quasar die aan onze hemel het helderst lijkt, is de ultraluminiserende 3C 273 in het sterrenbeeld Maagd. Het heeft een gemiddelde schijnbare magnitude van 12,8 (helder genoeg om door een kleine telescoop te worden gezien), maar het heeft een absolute magnitude van −26.7. Dus vanaf een afstand van 10 parsecs (ongeveer 33 lichtjaar) zou dit object ongeveer net zo helder in de lucht schijnen als de zon. De helderheid van deze quasar is daarom ongeveer 2 triljoen (2 × 1012) keer dat van de zon, of ongeveer 100 keer dat van het totale licht van gemiddelde gigantische sterrenstelsels zoals de Melkweg.

De hyperlichtgevende quasar APM 08279 + 5255 kreeg, toen ontdekt in 1998, een absolute magnitude van −32.2, hoewel hoge resolutie beeldvorming met de Hubble Space Telescope en de 10 m Keck-telescoop onthulde dat dit systeem zwaartekrachtlens heeft. Een studie van de zwaartekrachtlenzen in dit systeem suggereert dat deze is vergroot met een factor ~ 10. Het is nog steeds aanzienlijk lichter dan nabijgelegen quasars zoals 3C 273. HS 1946 + 7658 werd verondersteld een absolute magnitude van -30,3 te hebben, maar ook dit werd vergroot door het zwaartekrachtlenseffect.

Quasars blijken op verschillende tijdsschalen in helderheid te variëren. Sommige variëren in helderheid om de paar maanden, weken, dagen of uren. Dit bewijs heeft wetenschappers in staat gesteld om te theoretiseren dat quasars hun energie opwekken en uit een zeer kleine regio uitzenden, omdat elk deel van de quasar op een dergelijke tijdsschaal in contact zou moeten zijn met andere delen om de variaties in helderheid te coördineren. Als zodanig kan een quasar die varieert op de tijdschaal van een paar weken niet groter zijn dan een paar lichtweken over.

Quasars vertonen veel van dezelfde eigenschappen als actieve sterrenstelsels: straling is niet-thermisch en sommige hebben straal- en lobben zoals die van radiostelsels. Quasars kunnen worden waargenomen in vele delen van het elektromagnetische spectrum, waaronder radio, infrarood, optisch, ultraviolet, röntgenstralen en zelfs gammastralen. De meeste quasars zijn het helderst in hun rustframe, bijna-ultraviolet (nabij de 1216 Angstrom (121,6 nm) Lyman-alpha-emissielijn van waterstof), maar vanwege de enorme roodverschuivingen van deze bronnen is die piekhelderheid waargenomen tot het rood als 9000 Angstrom (900 nm of 0,9 µm), in het nabije infrarood.

IJzeren Quasars vertonen sterke emissielijnen als gevolg van geïoniseerd ijzer, zoals IRAS 18508-7815.

Quasar emissie generatie

Deze weergave, gemaakt met infrarood licht, is een afbeelding in valse kleuren van een quasar-starburst tandem met de meest lichtgevende starburst ooit gezien in een dergelijke combinatie. De quasar-starburst werd gevonden door een team van onderzoekers van zes instellingen.

Omdat quasars eigenschappen vertonen die gemeenschappelijk zijn voor alle actieve sterrenstelsels, kunnen de emissies van quasars gemakkelijk worden vergeleken met die van kleine actieve sterrenstelsels die worden aangedreven door superzware zwarte gaten. Om een ​​helderheid van 10 te creëren40 W (de typische helderheid van een quasar), een super-massief zwart gat zou het materiële equivalent van 10 sterren per jaar moeten verbruiken. De helderste bekende quasars verslinden elk jaar 1000 zonnepanelen. Quasars gaan aan en uit, afhankelijk van hun omgeving, en aangezien quasars niet 10 miljard jaar lang met hoge snelheden kunnen blijven voeden, wordt een gewone melkweg nadat een quasar klaar is met het omringende gas en stof.

Quasars geven ook enkele aanwijzingen over het einde van de reionisatie van de Big Bang. De oudste quasars (z> 4) vertonen een Gunn-Peterson-trog en hebben absorptiegebieden voor hen wat aangeeft dat het intergalactische medium op dat moment neutraal gas was. Meer recente quasars tonen geen absorptiegebied, maar hun spectra bevatten eerder een stekelig gebied dat bekend staat als het Lyman-alpha-bos. Dit geeft aan dat het intergalactische medium reionisatie in plasma heeft ondergaan en dat neutraal gas alleen in kleine wolken voorkomt.

Een ander interessant kenmerk van quasars is dat ze bewijzen vertonen van elementen die zwaarder zijn dan helium, wat aangeeft dat sterrenstelsels een massieve fase van stervorming ondergingen, waardoor populatie III-sterren ontstonden tussen de tijd van de Big Bang en de eerste waargenomen quasars. Licht van deze sterren kan in 2005 zijn waargenomen met behulp van NASA's Spitzer Space Telescope, hoewel deze observatie nog moet worden bevestigd.

Notes

  1. ↑ Sloan Digital Sky Survey, drie verre quasars gevonden aan de rand van het heelal. Ontvangen op 28 september 2007.
  2. ↑ Jodrell Bank Observatory, de MKI en de ontdekking van Quasars. Ontvangen op 28 september 2007.
  3. ↑ Maarten Schmidt, 3C 273: een sterachtig object met grote roodverschuiving. " Natuur. 197: 1040. Ontvangen op 28 september 2007.
  4. ↑ S. Chandrasekhar, de dynamische instabiliteit van gasvormige massa's die de Schwarzschild-grens in algemene relativiteit benaderen, Astrofysisch tijdschrift, 140:2:417-433.
  5. ↑ J. Greenstein en M. Schmidt, 1964, The Quasi-Stellar Radio Sources 3C 48 en 3C, Astrofysisch tijdschrift, 140:1:1-34.
  6. ↑ Universiteit van Alabama, de dubbele QSO 0957 + 561. Ontvangen op 28 september 2007.

Referenties

  • Kembhavi, Ajit K. en Jayant V. Narlikar. 1999. Quasars en actieve galactische kernen: een inleiding. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521479894
  • Kidger, Mark. 2007. Cosmological Enigmas: Pulsars, Quasars en andere Deep-Space vragen. Baltimore: The Johns Hopkins University Press. ISBN 0801884608
  • Melia, Fulvio. 2003. The Edge of Infinity. Superzware zwarte gaten in het heelal. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-81405-8
  • UCSD, ontdekking door UCSD Astronomen stelt een kosmische puzzel: kan een 'verre' quasar in een nabije Melkweg liggen? Ontvangen op 28 september 2007.

Externe links

Alle links opgehaald 17 juni 2019.

  • De Quasar 3C 273.
  • SDSS.
  • Onderzoek werpt nieuw licht op quasars. SpaceDaily.

Pin
Send
Share
Send