クエーサーとは何ですか?

輝く円盤の中心にある小さな黒い点、円盤に垂直に出てくるジェット。
アーティストのクエーサー J0313-1806の概念、現在知られている最も遠いクエーサー。 クエーサーは、超大質量ブラックホールによって駆動されると考えられている、初期の宇宙の非常に明るい物体です。 この図は、ブラックホールの周りの広い降着円盤を示しており、JO313-1806の近くで見つかった光速の約20%で流れる非常に高速な風を描いています。 この画像の注釈付きバージョンを表示します。 NOIRLab/NSF/AURA/J.da Silva/Keck Observatory経由の画像。

クエーサーという言葉は、準恒星の電波源を表しています。 クエーサーは、天文学者が1950年代後半から60年代初頭にそれらに最初に気づき始めたとき、彼らは星のように見えたので、その名前を得ました。 彼らは今、私たちからの広大な距離に位置する若い銀河として知られており、その数は目に見える宇宙の端に向かって増加しています。 どのように彼らは遠く離れて、まだ目に見えることができますか? 答えは、クエーサーは非常に明るく、私たちの天の川銀河よりも最大1,000倍明るいということです。 したがって、彼らは非常に活発で、電磁スペクトル全体にわたって驚異的な量の放射線を放出していることを知っています。

彼らは遠く離れているので、私たちはこれらのオブジェクトを私たちの宇宙が若かったときのように見ています。 現在最も古いクエーサーはJ0313-1806である。 その距離は13.03億光年と測定されているため、ビッグバンからわずか670万年後のように見えます。

クエーサーをこんなに驚くほど明るくするために、当時私たちの宇宙で何が起こっていましたか?

非常に多くの多色の点と小さな汚れを持つ空の一部に配置されたグリッド。
すばる望遠鏡に搭載されたハイパースプリームカムのデータから同定された100個のクエーサーです。 上の7行は83の新しい発見を表しています。 下の2列は、調査エリア内の以前に知られていた17のクエーサーを表しています。 国立天文台による画像。

天文学者たちは今、クエーサーは初期の銀河の非常に明るい中心であると信じています。 数十年の激しい研究の後、私たちはこれらのオブジェクトのための別の用語を持っています:クエーサーは、活動銀河核、またはAGNの一種です。 実際には多くの異なる種類のAgnがあり、それぞれに独自の物語があります。 AGNによって放出された強い放射線は、その中心に超大質量ブラックホールによって動力を与えられていると考えられている。 この放射は、ブラックホールを取り巻く降着円盤の物質が、円盤内の塵やガスなどの粒子が無数に衝突することによって発生する激しい摩擦によって数百万度まで過熱されるときに放出される。

超大質量ブラックホールの降着円盤、つまりクエーサーの中心にある物質の内側の螺旋は、粒子が衝突して跳ね返り、運動量を失った結果です。 その物質は、ビッグバンの直後の時代に宇宙を満たした水素分子を中心とした巨大なガス雲から来ました。

したがって、彼らは初期の宇宙にあったように位置づけられ、クエーサーは餌を与えるための物質の広大な供給を持っていました。

クエーサー/ブラックホールの降着円盤の中の物質が加熱されると、電波、X線、紫外線、可視光を発生させます。 クエーサーは非常に明るくなり、銀河全体を輝かせることができます。 しかし、覚えておいてください…クエーサーは非常に遠いです。 それらは私たちから遠く離れているので、私たちはそれらが存在する銀河の活動的な核、またはコアのみを観察します。 私たちは、その明るい中心から離れて銀河の何も見ません。 それは夜に遠い車のヘッドライトを見るようなものです:ヘッドライトから離れてすべてが暗闇の中にあるので、あなたが見ている車の種類の見当

一方、クエーサーに分類されていないが、銀河の残りの部分を見ることができる明るく活発な中心を持っている銀河があります。 このタイプのAGNの例は、それらを最初に同定した後期の天文学者Carl Keenan SeyfertにちなんでSeyfert銀河と呼ばれています。

明るい黄色の中心と腕に沿ってピンクの斑点を持つ顔の渦巻銀河。
NGC1068(メシエ77)は、セイファート銀河に分類された最初の銀河の1つである。 これは最も明るく、最も近く、最もよく研究された2型セイファート銀河の一つであり、このクラスのプロトタイプです。 この2013年の画像は、ハッブル宇宙望遠鏡を経由しています。

セイファート銀河は、おそらく宇宙のすべての銀河の10%を占めています:ビッグバンからわずか数億年後にクエーサーをホストしていたと推定されている、むしろ形のない非晶質の若い銀河ではなく、はるかに若く、明確に定義された構造を持っているため、クエーサーとして分類されていません。

しかし、宇宙の最も遠い範囲からの電波で見えるように物体を十分に照らすのに必要なエネルギーの量を考慮するだけで、船員が海全体を横切って遠 クエーサーは、私たち自身の天の川銀河の200億個ほどの星の光度を合わせたものの千倍のエネルギーを放出することができます。 典型的なクエーサーは、私たちの太陽よりも27兆倍明るいです! 空の太陽をクエーサーと交換すると、その信じられないほどの光度は、あなたが直接それを見るのに十分な愚かさであれば、即座にあなたを盲目にします。 あなたは冥王星の距離にクエーサーを配置した場合、それは第二の五分の蒸気に地球の海のすべてを蒸発させるだろう。

天文学者たちは、すべてではないにしても、大規模な銀河のほとんどは、形成直後の若い頃にいわゆる”クエーサー相”を経験したと信じています。 もしそうなら、彼らは彼らの超大質量ブラックホールを取り巻く降着円盤を供給するために物質を使い果たしたときに明るさに沈静化しました。 この時代の後、銀河は静止状態に落ち着き、その中心のブラックホールは餌を与えるための材料で飢えていました。 しかし、私たち自身の銀河の中心にあるブラックホールは、通過する物質がそれに迷い込み、電波とX線を放出するにつれて、短時間燃え上がることが見 ブラックホールのイベントの地平線、ノーリターンのポイントを横断すると、星全体が引き裂かれ、消費される可能性があると考えられます。

しかし、若々しいクエーサーから静止している中年の銀河まで、銀河進化に関する私たちの知識は完全ではないことを指摘しなければなりません。 銀河はしばしば例外を私たちに提供し、例として私たちは私たち自身の天の川よりもさらに見る必要はありません。 たとえば、350万年前に、私たちの銀河の中心にセイファートフレアとして知られる巨大な爆発があったことがわかりました。 天の川銀河の超大質量ブラックホールである射手座A*を中心としており、南北の銀河の極から約25,000光年にわたって伸びる2つの巨大な過熱プラズマのローブを生成していた。 これらの巨大なローブはフェルミ泡と呼ばれ、今日ではガンマ線とX線の波長(非常に高い周波数の電磁放射)で見えます。

だから、天文学者はまだ銀河の進化の詳細について学んでいます。

エッジ-オン銀河、中央の上下の巨大な赤と青の球、はめ込みグラフ。
より大きく表示します。 |2010年に発見された気が遠くなるようなフェルミ泡のアーティストの概念。 これらの巨大な葉は、私たちの天の川銀河の平面の上下に伸びています。 彼らはガンマ線とX線で輝き、したがって、人間の目には見えません。 このグラフは、ハッブル宇宙望遠鏡が遠方のクエーサーからの光を調べてフェルミ泡を解析するためにどのように使用されたかを示しています。 クエーサーの光は、これらの泡の一つを通過しました。 その光には、流出の速度、組成、そして最終的には質量に関する情報が刻印されています。 したがって、クエーサーは神秘的であるだけでなく、それらも有用である可能性があります! HubbleSite経由の画像。

確かに、クエーサーの歴史は天文学者にとって簡単な道ではありませんでした。 1950年代後半にクエーサーが最初に発見されたとき、電波を放射する星のような天体(したがって準恒星の電波天体)を見たが、光学望遠鏡では見えなかった。 彼らの星との類似性、その明るさ、そして小さな角直径は、当時の天文学者たちが私たち自身の銀河内の物体を見ていると仮定することを当然のこと しかし、これらの物体からの電波スペクトルの検査は、それらが誰もが予想していたよりも神秘的であることを明らかにしました。

最初に発見された2つのクエーサーである3C48と3C273を含むクエーサーの多くの初期の観測は、1960年代初頭にイギリス-オーストラリアの天文学者ジョン-ボルトンによって行われた。 彼と彼の同僚は、クエーサーが光学望遠鏡では見えないという事実に困惑していました。 彼らは、クエーサーのいわゆる「光学的対応物」、すなわち、無線機器でのみ検出可能であるのではなく、望遠鏡で目に見えるクエーサーを見つけたかったのです。

天文学者は、クエーサーが非常に遠く、その時点では光学的な天体が地球から見えるには遠すぎることを、本質的に華麗な物体であるにもかかわらず、単に知りませんでした。 しかし、その後、1963年に、天文学者Allan SandageとThomas A.Matthewsは、彼らが探していたものを見つけました:既知のクエーサーの位置でかすかな青い星のように見えたもの。 そのスペクトルを取って、彼らは困惑していた:それは彼らが今まで見たことのないもののように見えた。 彼らはそれの頭や尾を作ることができませんでした。

その後、200インチ(5m)のヘイル望遠鏡を使用して、ボルトンと彼のチームは月の後ろを通過するクエーサー3C273を観察することができました。 これらの観測はまた、それらがスペクトルを得ることができます。 そして、再びスペクトルは奇妙に見え、認識できない発光線を示した。 これらの線は、天文学者が調べている物体にどの化学元素が存在するかを伝えます。 しかし、クエーサーのスペクトル線は無意味であり、存在すべきではない要素を示しているように見えた。

グラフ、スペクトル全体に青い線があり、赤外線でスパイクしています。
クエーサー3C273の水素スペクトル。 発光線は、水素発光線が通常スペクトル上に配置される場所と比較して、より長い波長に向かって右にシフトされる。 それらは赤方偏移であり、クエーサーが私たちから極端な距離に位置していることを示しています。 アルバータ大学を経由して画像。

クエーサーのスペクトルの奇妙な輝線を調べた後、天文学者は電磁スペクトルの赤い端に向かって高度にシフトした正常な輝線を見ていることを示唆したのは天文学者マールテン–シュミットであった。

そして、彼らは答えを持っていました。 赤方偏移はクエーサーの大きな距離によるものであった。 その光は、目に見える宇宙の端から私たちにその長い旅の間に宇宙の拡大によって引き伸ばされています。

しかし、もしクエーサーが目に見える宇宙の端に向かって遠く離れていたことが本当に真実であったなら、どうしてそのような多量のエネルギーを生成したのでしょうか? 1964年には、ブラックホールの存在さえも熱く議論されました。 確かに彼らは本当の宇宙に存在することができなかったので、彼らは数学的なフリーク以上のものではないと考えた多くの科学者がいました。

だから、クエーサーの性質についての議論は、クエーサーが実際に広大な距離にあること、若い頃に銀河を見ていること、クエーサーの段階がその成長の自然な段階であることを合理的な疑いを超えて確立された1970年代まで激怒した。 ブラックホールが最終的にあまりにも真剣に取られていると、天文学者は今、最終的にクエーサーの背後にあるほとんど理解できない大国のアイデン: 超大質量ブラックホールは膨大な量のガスを消費し、その結果としてスペクトル全体に膨大な量のエネルギーを放射します。

このモデルは、なぜクエーサーが目に見える宇宙の端に向かって座っているのか、なぜ私たちがそれらをより近くに見ないのかを説明しています。

クエーサーや活動銀河核全般の研究は進んでいますが、まだ理解できていないことがたくさんあります。 しかし、私は理解の欠如の一部は想像力の失敗であると信じています。 闇の中のモンスターであるクエーサーの心臓部にあるブラックホールエンジンによって生成されるエネルギーの量を理解することは事実上不可能です。 彼らが私たちからどれだけ遠く離れているかを理解することも同様に困難です。 しかし、それは私たちのせいではありません:私たちの貧しいsimian脳は、そのような概念に対処するための設備が整っていません。

クエーサーは、宇宙動物園の動物の一例にすぎず、事実を理解しようとするのではなく、事実を受け入れなければならない。

中央に大きな黒い球があり、黒い球の両極から射出するジェットを持つ渦巻いている円盤。
ハワイ先住民の名前を受け取った最初のクエーサーであるクエーサー Poniua’enaのアーティストのコンセプト。 国際ジェミニ天文台/NOIRLab/NSF/AURA/P.Marenfeld/UANews経由の画像。

結論:クエーサーは非常に明るく、非常に遠い天体です。 それらの巨大なエネルギー出力は、観測可能な宇宙の端に近い若い銀河の中心超大質量ブラックホール周辺の活動によるものと考えられています。

いくつかの旧暦が残っています。 彼らがいなくなる前にあなたの注文!

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