ordet quasar står för kvasi-stellar radiokälla. Kvasarer fick det namnet eftersom de såg stjärnliknande ut när astronomer först började märka dem i slutet av 1950-talet och början av 60-talet. men kvasarer är inte Stjärnor. De är nu kända som unga galaxer, belägna på stora avstånd från oss, med deras antal ökar mot kanten av det synliga universum. Hur kan de vara så långt borta och ändå synliga? Svaret är att kvasarer är extremt ljusa, upp till 1000 gånger ljusare än vår Vintergatan. Vi vet därför att de är mycket aktiva och avger svindlande mängder strålning över hela det elektromagnetiska spektrumet.
eftersom de är långt borta ser vi dessa objekt som de var när vårt universum var ungt. Den äldsta kvasaren är för närvarande J0313-1806. Dess avstånd har uppmätts som 13, 03 miljarder ljusår, och därför ser vi det som det var bara 670 miljoner år efter Big Bang.
vad hände i vårt universum vid den tiden för att göra kvasarer så förbluffande ljusa?
astronomer tror nu att kvasar är de extremt lysande centra för galaxer i sin linda. Efter årtionden av intensiv studie har vi en annan term för dessa objekt: en kvasar är en typ av aktiv galaktisk kärna, eller AGN. Det finns faktiskt många olika typer av agn, var och en med sin egen berättelse att berätta. Den intensiva strålningen som frigörs av en AGN tros drivas av ett supermassivt svart hål i centrum. Strålningen avges när material i accretionsskivan som omger det svarta hålet överhettas till miljoner grader av den intensiva friktionen som genereras av partiklarna av damm, gas och annat material i skivan som kolliderar otaliga gånger med varandra.
materiens inre spiral i ett supermassivt svart håls accretionsskiva – det vill säga i mitten av en kvasar – är resultatet av att partiklar kolliderar och studsar mot varandra och förlorar fart. Det materialet kom från de enorma gasmolnen, huvudsakligen bestående av molekylärt väte, som fyllde universum i eran strax efter Big Bang.
således, placerade som de var i det tidiga universum, hade kvasarer ett stort utbud av materia att mata på.
när materia i ett kvasar/svart håls accretionsskiva värms upp genererar den radiovågor, röntgenstrålar, ultraviolett och synligt ljus. Kvasaren blir så ljus att den kan överträffa hela galaxer. Men kom ihåg … kvasarer är väldigt långt borta. De är så långt ifrån oss att vi bara observerar den aktiva kärnan, eller kärnan, i galaxen där de bor. Vi ser ingenting av galaxen bortsett från dess ljusa centrum. Det är som att se en avlägsen bilstrålkastare på natten: du har ingen aning om vilken typ av bil du tittar på, eftersom allt förutom strålkastaren är i mörker.
å andra sidan finns det galaxer som inte klassas som kvasarer men som fortfarande har ljusa, aktiva centra där vi kan se resten av galaxen. Ett exempel på denna typ av AGN kallas en Seyfert-galax efter den sena astronomen Carl Keenan Seyfert, som var den första som identifierade dem.
Seyfert galaxer utgör kanske 10% av alla galaxer i universum: de klassificeras inte som kvasarer eftersom de är mycket yngre och har väldefinierade strukturer snarare än de ganska formlösa och amorfa unga galaxerna som antas ha varit värd för kvasarer så snart bara några hundra miljoner år efter Big Bang.
men tänk bara på de mängder energi som krävs för att belysa ett objekt tillräckligt för att göra det synligt i radiovågor från universums längsta räckvidd, som en sjöman som kan skymta en avlägsen fyr över ett helt hav. Kvasarer kan avge upp till tusen gånger energin i den kombinerade ljusstyrkan hos de 200 miljarder stjärnorna i vår egen Vintergatan. En typisk kvasar är 27 biljoner gånger ljusare än vår sol! Byt ut solen på himlen med en kvasar och dess otroliga ljusstyrka skulle blinda dig direkt om du skulle vara dumdristig nog att titta på den direkt. Om du skulle placera en kvasar på Plutos avstånd skulle den förånga alla jordens hav till ånga på en femtedel av en sekund.
astronomer tror att de flesta, om inte alla, stora galaxer gick igenom en så kallad ”kvasarfas” i sin ungdom, strax efter bildandet. Om så är fallet sjönk de i ljusstyrka när de sprang ur materia för att mata accretionsskivan som omger sina supermassiva svarta hål. Efter denna epok bosatte sig galaxerna i vila, deras centrala svarta hål svältade av material att mata på. Det svarta hålet i mitten av vår egen galax har visat sig blossa upp kort, men när passande material strömmar in i det och släpper ut radiovågor och röntgenstrålar. Det är tänkbart att hela stjärnor kan rivas sönder och konsumeras när de korsar ett svart håls händelsehorisont, punkten utan återvändo.
det måste dock påpekas att vår kunskap om galaxutveckling – från ungdomlig kvasar till vilande medelålders galax-är långt ifrån fullständig. Galaxer ger oss ofta undantag, och som ett exempel behöver vi inte leta längre än vårt eget Vintergata. Vi vet nu till exempel att för 3, 5 miljoner år sedan fanns en gigantisk explosion som kallades en Seyfert-flare i mitten av vår galax. Det var tydligen centrerat på Skytten A*, Vintergatans supermassiva svarta hål, som producerar två stora lober av överhettad plasma som sträcker sig cirka 25 000 ljusår från norra och Södra galaktiska polerna. Dessa enorma lober kallas Fermibubblor och är synliga idag vid gamma-och Röntgenvåglängder (mycket högfrekventa elektromagnetiska utsläpp).
så astronomer lär sig fortfarande om galaxens Evolution.
faktum är att kvasars historia inte har varit en lätt väg för astronomer att följa. När kvasarer först upptäcktes i slutet av 1950-talet såg astronomer med radioteleskop stjärnliknande föremål som utstrålade radiovågor (därmed kvasistjärniga radioobjekt), men som inte var synliga i optiska teleskop. Deras likhet med stjärnor, deras ljusstyrka och små vinkeldiametrar ledde förståeligt astronomer av tiden att anta att de tittade på föremål i vår egen galax. Men undersökning av radiospektra från dessa föremål avslöjade att de var mer mystiska än någon hade förväntat sig.
många tidiga observationer av kvasarer, inklusive de 3C48 och 3c273, de två första kvasarna som upptäcktes, gjordes i början av 1960-talet av brittisk-australisk astronom John Bolton. Han och hans kollegor blev förbryllade av det faktum att kvasarer inte var synliga i optiska teleskop. De ville hitta kvasars så kallade ”optiska motsvarigheter”, det vill säga en kvasar som skulle vara synlig för deras ögon i ett teleskop snarare än att bara kunna detekteras med radioinstrument.
astronomer visste helt enkelt inte vid den tiden att kvasar var extremt avlägsna, för avlägsna för att deras optiska motsvarigheter skulle vara synliga från jorden vid den tiden, trots att de var inneboende lysande föremål. Men 1963 hittade astronomerna Allan Sandage och Thomas A. Matthews vad de letade efter: vad som tycktes vara en svag, blå stjärna på platsen för en känd kvasar. Med sitt spektrum var de förvirrade: det såg ut som ingenting de någonsin sett tidigare. De kunde inte göra krona eller klave av det.
sedan, med hjälp av 200-tums (5 m) Hale-teleskopet, kunde Bolton och hans team observera quasar 3c273 när den passerade bakom månen. Dessa observationer låter dem också få spektra. Och igen såg spektra konstigt ut och visade oigenkännliga utsläppslinjer. Dessa linjer berättar för astronomer vilka kemiska element som finns i objektet de undersöker. Men kvasarens spektrallinjer var meningslösa och tycktes indikera element som inte borde vara närvarande.
det var astronomen Maarten Schmidt som – efter att ha undersökt de konstiga utsläppslinjerna i kvasars spektra-föreslog att astronomer såg normala utsläppslinjer som var starkt förskjutna mot den röda änden av det elektromagnetiska spektrumet!
och så hade de sitt svar. Rödförskjutningen berodde på kvasarens stora avstånd. Dess ljus sträcker sig genom universums expansion under sin långa resa till oss från kanten av det synliga kosmos.
men om det verkligen var sant att kvasarer var så långt borta som mot kanten av det synliga universum, Hur kunde de ha genererat så stora mängder energi? Tillbaka 1964 diskuterades även förekomsten av svarta hål varmt. Det fanns många forskare som ansåg dem inget annat än matematiska freaks, för att de säkert inte kunde existera i det verkliga universum.
så debatten om kvasars natur rasade fram till 1970 – talet när en ny generation av jord-och rymdbaserade teleskop etablerade bortom rimligt tvivel att kvasarer verkligen ligger på stora avstånd, att vi ser galaxer när de var unga, att kvasarstadiet är en naturlig fas av deras tillväxt. Med svarta hål som äntligen tas på allvar, kunde astronomer nu äntligen modellera identiteten på det nästan obegripliga kraftverket bakom kvasarer: supermassiva svarta hål förbrukar enorma mängder gas och utstrålar stora mängder energi över spektrumet som ett resultat.
denna modell förklarar varför kvasarer sitter mot kanten av det synliga universum och varför vi inte ser dem närmare: eftersom kvasarer är unga galaxer, sett inte långt efter deras bildning i det tidiga universum.
studien av kvasarer och aktiva galaktiska kärnor i allmänhet har kommit långt, men det finns mycket vi fortfarande inte förstår. Men jag tror att en del av vår brist på förståelse är ett misslyckande av fantasi. Det är praktiskt taget omöjligt att förstå de mängder energi som genereras av black hole-motorerna i hjärtat av kvasar, dessa monster i mörkret. Det är lika svårt att uppskatta hur långt de är från oss. Men det är knappast vårt fel: våra stackars Simian hjärnor är bara inte välutrustade för att hantera sådana begrepp.
kvasarer är bara ett exempel på ett djur i den kosmiska djurparken om vilken man bara måste acceptera fakta snarare än att försöka förstå dem.
Bottom line: kvasarer är extremt ljusa och extremt avlägsna föremål. Deras enorma energiproduktion tros bero på aktivitet runt det centrala supermassiva svarta hålet i unga galaxer, nära kanten av det observerbara universum.
några månkalendrar kvar. Beställ din innan de är borta!