¿Qué es un quásar?
Quasar
Un nuevo tipo de cuerpo celeste descubierto en los años 1960. Tiene una imagen similar a una estrella en la película fotográfica. Su espectro tiene un enorme desplazamiento hacia el rojo y emite una fuerte radio. ondas. La característica distintiva de un cuásar es que se aleja de nosotros a una velocidad muy rápida, por lo que tiene un gran desplazamiento hacia el rojo. Estos cuerpos celestes están muy lejos de nosotros, a unos miles de millones de años luz o incluso más, pero su brillo óptico no parece ser débil. La potencia de radiación en la región de la luz visible es de cientos a miles de veces mayor que la de las galaxias ordinarias, y la potencia de radio es en realidad un millón de veces mayor que la de las galaxias ordinarias. El descubrimiento de los quásares fue uno de los cuatro mayores descubrimientos de la astronomía en la década de 1960. Al principio, la gente recibía ondas de radio pero no sabía dónde se emitían. En 1960, Matthews y Sandage encontraron la contraparte óptica de la fuente de radio 3C48, que parecía una estrella. Las observaciones espectroscópicas mostraron que su espectro de luz contenía muchas líneas de emisión anchas y fuertes, pero estas líneas espectrales no pudieron identificarse en ese momento. En 1963, se confirmó que la fuente de radio 3C273 era un objeto parecido a una estrella de magnitud 13. M. Schmidt descubrió que su espectro era muy similar al del 3C48 e identificó con éxito la línea espectral del 3C273. Los resultados muestran que son líneas de emisión producidas por algunos elementos muy conocidos en la Tierra, pero sus corrimientos al rojo son muy grandes, llegando a 0,158. También se han confirmado las líneas espectrales de 3C48, y sus corrimientos al rojo son aún mayores, llegando a 0,367. Posteriormente, se descubrieron una tras otra varias fuentes de radio con propiedades similares a 3C48 y 3C273. Todos aparecen como estrellas en películas fotográficas, por eso se les llama fuentes de radio de cuásar. Las observaciones ópticas muestran que la radiación ultravioleta de las fuentes de radio de los cuásares es muy fuerte. Posteriormente se descubrieron algunos objetos con propiedades ópticas similares a 3C48 y 3C273, pero que no emitían radiación de radio. Estos objetos se llaman estrellas azules. Las fuentes de radio de cuásares y las estrellas azules se denominan colectivamente cuásares. En 1979, se habían descubierto más de 1.000 quásares, incluidas más de 300 fuentes de radio de quásares.
Principales características de observación ① Los cuásares tienen imágenes similares a estrellas en las películas fotográficas, lo que significa que su diámetro angular es inferior a 1 segundo. Muy pocos cuásares tienen envolturas nebulares débiles, como el 3C48. También hay algunos cuásares con estructuras en forma de chorro. ② Hay muchas líneas de emisión fuertes y amplias en el espectro del cuásar, incluidas líneas espectrales permitidas y líneas prohibidas. Las más comunes son las líneas espectrales del hidrógeno, oxígeno, carbono, magnesio y otros elementos. La línea del helio es muy débil o no aparece. Esto sólo se puede explicar por la baja abundancia de helio. Actualmente se cree generalmente que las líneas de emisión de los quásares se generan a partir de una envoltura de gas, y que el proceso de generación es similar al de las nebulosas de gas ordinarias. Las líneas de emisión de los quásares son muy anchas, lo que indica que debe haber un movimiento turbulento violento en la envoltura de gas. Hay líneas de absorción muy marcadas en los espectros de algunos quásares, lo que indica que la velocidad del movimiento turbulento en el área donde se generan las líneas de absorción es muy pequeña. ③ Los cuásares emiten una fuerte radiación ultravioleta, por lo que el color parece muy azul. La radiación óptica está polarizada y tiene propiedades de radiación no térmica. Además, la radiación infrarroja de los quásares también es muy intensa. ④ Las fuentes de radio de los cuásares emiten una fuerte radiación de radio no térmica. ⑤ Los cuásares suelen tener cambios de luz en una escala de tiempo de varios años. Las variaciones de luz de algunos cuásares son muy dramáticas, con escalas de tiempo de meses o días. El tamaño de la región donde el cuásar emite radiación óptica se puede estimar a partir de la escala de tiempo de variación de la luz (desde unos pocos días luz hasta unos pocos años luz). La emisión de radio de las fuentes de radio de los cuásares también cambia con frecuencia. Las observaciones también encontraron que hay varias fuentes de radio de cuásares de doble fuente con dos subfuentes que se separan hacia afuera a velocidades extremadamente altas. No hay periodicidad en los cambios de radiación óptica y radiación de radio. ⑥Las líneas de emisión de los quásares tienen un gran desplazamiento hacia el rojo. ⑦ Las observaciones de los últimos años han demostrado que algunos quásares también emiten radiación de rayos X.
El corrimiento al rojo es la característica única de los objetos extragalácticos. Por tanto, la mayoría de los astrónomos creen que los quásares son estrellas extragalácticas. Los resultados estadísticos de la relación corrimiento al rojo-magnitud aparente muestran que la ley de Hubble es aplicable a galaxias extragalácticas. Es decir, su corrimiento al rojo es el corrimiento al rojo cosmológico, su distancia es la distancia cosmológica y su corrimiento al rojo y su magnitud aparente están estadísticamente relacionados. Sin embargo, para los cuásares, la correlación estadística entre el corrimiento al rojo y la magnitud aparente es muy pobre, lo que plantea dos preguntas interrelacionadas: si el corrimiento al rojo del cuásar es el corrimiento al rojo cosmológico y si la distancia del cuásar es una distancia cosmológica. La mayoría de los astrónomos creen que el corrimiento al rojo de un cuásar es el corrimiento al rojo cosmológico. Por tanto, el corrimiento al rojo refleja la regresión del cuásar y es coherente con la ley de Hubble. Según este punto de vista, como tipo de cuerpo celeste, los quásares son los objetos celestes más distantes jamás observados por el ser humano. Las personas que sostienen este punto de vista creen que la razón de la mala correlación estadística entre el corrimiento al rojo de los cuásares y la magnitud aparente es que la dispersión de magnitud absoluta de los cuásares es demasiado grande.
Si los cuásares se clasifican de acuerdo con ciertos estándares y se realizan estadísticas de magnitud visual de corrimiento al rojo en ciertos tipos de cuásares, la correlación mejorará significativamente. Los hechos de observación que respaldan el corrimiento al rojo cosmológico incluyen: se ha encontrado que tres quásares están ubicados en tres cúmulos de galaxias, y los corrimientos al rojo de estos quásares son similares a los de los cúsares de galaxias; son muy similares a algunos objetos perturbadores de tipo galaxia Lacerta BL; son objetos que tienen una forma similar a las estrellas. Anteriormente se pensaba que eran estrellas variables dentro de la Vía Láctea, pero ahora se ha determinado que son objetos extragalácticos distantes.
Energía y aceleración de partículas La radiación de radio de los quásares es sin duda radiación sincrotrón, y es probable que la radiación óptica también sea radiación sincrotrón. En cuanto a la radiación infrarroja de los quásares, se necesita más investigación, pero al menos una parte puede ser todavía radiación sincrotrón. Si el corrimiento al rojo de los quásares es un corrimiento al rojo cosmológico, su luminosidad (incluyendo radio, infrarrojos, luz visible y rayos X) es el cuerpo celeste con el mayor poder de radiación observado hasta ahora. Se estima que la vida útil de un cuásar es de unos 106 años. Por lo tanto, la energía total de los electrones de alta energía y los campos magnéticos ascendería a 1062 ergios. Actualmente se cree generalmente que los electrones de alta energía se originan en la región central de los quásares. Sin embargo, el tamaño de la región de radiación óptica del cuásar estimado a partir de los datos de variación de la luz es de sólo unos pocos días luz a unos pocos años luz, es decir, de 1015 a 1017 centímetros. La fuente de electrones de alta energía debe ser más pequeña. Por lo tanto, aquí surgen dos preguntas claves: ① ¿Por qué un área tan pequeña puede emitir una cantidad tan grande de energía? ②¿Cuál es el mecanismo para generar electrones de alta energía? Para explicar estos problemas se han propuesto muchos modelos teóricos. Un modelo es la colisión estelar, que cree que en el centro del cuásar, la densidad espacial de las estrellas es extremadamente alta y a menudo chocan, liberando así energía. Pero no estaba claro cómo la energía liberada por la colisión se convertía en energía de electrones de alta energía. Debido a que cuando una supernova explota se libera una gran cantidad de electrones de alta energía, existe la opinión de que las estrellas se pegan entre sí después de las colisiones, formando estrellas con masas cada vez mayores. Las estrellas masivas evolucionan rápidamente hasta convertirse en supernovas y luego explotan, liberando electrones de alta energía. El modelo de colisión estelar requiere una gran densidad de estrellas, lo que supone una seria dificultad. Otro modelo es el de una estrella masiva con una masa de unas 108 masas solares. La luminosidad de una estrella de este tipo puede ser muy fuerte, pero el espectro de energía será radiación térmica, lo que tampoco puede explicar la situación observada. Además, este tipo de estrella también es muy inestable. Posteriormente se propuso un modelo de estrella masiva con campo magnético y giro, llamado rotor magnético. El rotor magnético es estable y tiene alta luminosidad. Al mismo tiempo, debido a la rotación, las líneas del campo magnético se torcerán, creando eventualmente líneas neutrales o parches neutrales y provocando explosiones. Esto puede utilizarse para explicar la variación de la luz de los cuásares. Sin embargo, el cambio de luz debería ser periódico, lo que contradice los resultados de la observación. Además, existen modelos como la acreción de agujeros negros, los agujeros blancos y la aniquilación de materia-antimateria. Hasta la fecha no existe ningún modelo satisfactorio.
Cuásares y galaxias activas Todas las galaxias activas (también conocidas como galaxias perturbadas) tienen un núcleo que se encuentra en un estado de intensa actividad. Los núcleos galácticos activos son similares a los cuásares en muchos aspectos: son de tamaño pequeño; tienen fuertes líneas de emisión en el espectro; emiten radiación no térmica desde la banda de radio a la banda de rayos X; a menudo tienen cambios de luz y ráfagas; , etc. Por lo tanto, los quásares pueden ser esencialmente algún tipo de galaxias activas, y los fenómenos de quásar observados son la actividad del núcleo galáctico. Por supuesto, si los quásares se ubican a una distancia cosmológica, su actividad será más intensa y poderosa que la de las galaxias activas ordinarias. Las propiedades de radio de las fuentes de radio de cuásares son similares a las de las radiogalaxias y las galaxias N. Las dos últimas pertenecen generalmente a galaxias elípticas gigantes. Por lo tanto, algunos astrónomos especulan que los quásares son galaxias elípticas gigantes distantes. En términos de propiedades ópticas, los quásares se parecen a las galaxias Seyfert de tipo I. Por lo tanto, ahora es más probable que los quásares sean galaxias Seyfert distantes. Puede haber dos razones para las líneas de absorción de los quásares. Una es que las líneas de absorción son generadas por nubes de gas cercanas al quásar. Estas nubes de gas son expulsadas del quásar. La segunda es que las líneas de absorción son generadas por algunos objetos extragalácticos entre el cuásar y el observador. Es posible que estos primos extragalácticos no tengan nada que ver entre sí.
Fenómeno superluminal, se ha descubierto que dos densas subfuentes de varias fuentes de radio similares a estrellas como 3C345 se separan a velocidades muy altas. Si el cuásar se ubica a una distancia cosmológica, la velocidad de expansión hacia afuera de las dos fuentes excederá la velocidad de la luz, hasta 10 veces la velocidad de la luz. Algunas personas creen que los quásares no se encuentran a distancias cosmológicas, por lo que no habrá ningún fenómeno superligero. Sin embargo, las observaciones encontraron que un fenómeno superligero similar también existe en una radiogalaxia, y la radiogalaxia, sin duda, se encuentra a una distancia cosmológica. Se puede ver que la evidencia para esta opinión no es suficiente.
Otro punto de vista es que existen fenómenos superlumínicos. Sin embargo, para no contradecir la teoría de la relatividad, se cree que este fenómeno no refleja el movimiento real de las partículas, sino que es una especie de "ilusión" y, por tanto, es una expansión superluminal "aparente". Actualmente se han propuesto varios modelos para explicar el fenómeno de la velocidad superluminal aparente, pero ninguno de ellos puede resolver completamente el problema.