27.1: Quasars

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Eleza jinsi quasars ziligunduliwa
• Eleza jinsi wanaastronomia walivyoamua kuwa quasars ziko katika umbali unaoelezewa na mabadiliko yao ya redshifts
• Thibitisha taarifa kwamba kiasi kikubwa cha nishati zinazozalishwa na quasars kinazalishwa kwa kiasi kidogo cha nafasi

Jina “quasars” lilianza kama fupi kwa “vyanzo vya redio vya quasi-stellar” (hapa “nusu-stellar” inamaanisha “aina ya nyota kama”). Ugunduzi wa vyanzo vya redio ambavyo vimeonekana kama vile nyota, vilikuja na matumizi ya vifaa vya rada vya ziada vya Vita Kuu ya II katika miaka ya 1950. Ingawa wanaastronomia wachache wangetabiri, anga iligeuka kuwa imejaa vyanzo vikali vya mawimbi ya redio. Walipokuwa wakiboresha picha ambazo darubini zao mpya za redio zinaweza kuzifanya, wanasayansi waligundua kwamba baadhi ya vyanzo vya redio vilikuwa katika eneo moja na “nyota” za rangi ya bluu. Hakuna aina inayojulikana ya nyota katika Galaxy yetu hutoa mionzi yenye nguvu ya redio. Nini basi hizi “vyanzo vya redio vya nusu ya stellar”?

Redshifters: Muhimu wa Quasars

Jibu lilikuja wakati wanaastronomia walipata spectra inayoonekana ya mwanga wa wawili wa “nyota za bluu” ambazo zilikuwa vyanzo vikali vya mawimbi ya redio (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Spectra ya “nyota” hizi za redio ziliimarisha tu siri: zilikuwa na mistari ya chafu, lakini wanaastronomia mwanzoni hawakuweza kuzitambua kwa dutu yoyote inayojulikana. Kufikia miaka ya 1960, wanaastronomia walikuwa na uzoefu wa karne katika kutambua elementi na misombo katika spectra ya nyota. Meza za kufafanua zilichapishwa kuonyesha mistari ambayo kila kipengele kitazalisha chini ya hali mbalimbali. “Nyota” yenye mistari isiyojulikana katika wigo wa kawaida wa mwanga inayoonekana ilipaswa kuwa kitu kipya kabisa.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\) Mfano Quasar. Mshale katika picha hii unaashiria quasar inayojulikana kwa namba yake ya catalog, PKS 1117-248. Kumbuka kwamba hakuna chochote katika picha hii kinachofafanua quasar kutoka nyota ya kawaida. Wigo wake, hata hivyo, unaonyesha kwamba unaondoka kwetu kwa kasi ya 36% kasi ya nuru, au maili 67,000 kwa sekunde. Kwa upande mwingine, kasi ya juu inayozingatiwa kwa nyota yoyote ni maili mia chache tu kwa sekunde.

Mwaka 1963 katika Caltech Palomar Observatory, Maarten Schmidt (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)) alikuwa puzzling juu ya wigo wa moja ya nyota radio, ambayo ilikuwa jina 3C 273 kwa sababu ilikuwa kuingia 273 katika tatu Cambridge catalog ya vyanzo vya redio (sehemu (b) ya Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kulikuwa na mistari yenye nguvu ya chafu katika wigo, na Schmidt alitambua kwamba walikuwa na nafasi sawa kati yao kama mistari ya Balmer ya hidrojeni (tazama Radiation na Spectra). Lakini mistari katika 3C 273 ilibadilishwa mbali na nyekundu ya wavelengths ambayo mistari ya Balmer iko kawaida. Hakika, mistari hii ilikuwa katika wavelengths ndefu kwamba kama mabadiliko ya redshifts yalitokana na athari ya Doppler, 3C 273 ilikuwa ikitoka kwetu kwa kasi ya kilomita 45,000 kwa pili, au karibu 15% kasi ya mwanga! Kwa kuwa nyota hazionyeshi mabadiliko ya Doppler hii kubwa, hakuna mtu aliyefikiria kuzingatia mabadiliko makubwa ya redshifts kuwa sababu ya spectra ya ajabu.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\) Quasar Waanzilishi na Quasar 3C 273. (a) Maarten Schmidt (kushoto), ambaye alitatua puzzle ya spectra ya quasar mwaka 1963, anashiriki utani katika picha hii ya 1987 na Allan Sandage, ambaye alichukua wigo wa kwanza wa quasar. Sandage pia ilikuwa muhimu katika kupima thamani ya mara kwa mara ya Hubble. (b) Hii ni quasar ya kwanza ambayo redshift ilipimwa. Redshift ilionyesha kuwa mwanga kutoka humo ulichukua takriban miaka bilioni 2.5 ili kutufikia. Licha ya umbali huu mkubwa, bado ni moja ya quasars karibu na Galaxy ya Milky Way. Kumbuka pia streak kukata tamaa kwenda upande wa kushoto juu kutoka quasar. Baadhi quasars, kama 3C 273, hutoa jets super-haraka ya vifaa. Ndege kutoka 3C 273 ni karibu miaka 200,000 ya mwanga.

Mistari ya uchafu yenye kushangaza katika vyanzo vingine vya redio kama nyota zilichunguzwa tena ili kuona kama wao, pia, wanaweza kuwa mistari inayojulikana na mabadiliko makubwa ya redshifts. Hii imeonekana kuwa ni kesi, lakini vitu vingine vilipatikana kuwa vinatoka kutoka kwetu kwa kasi zaidi. Kasi yao ya kushangaza ilionyesha kuwa “nyota” za redio hazikuweza kuwa nyota katika Galaxy yetu wenyewe. Nyota yoyote ya kweli inayohamia zaidi ya kilomita mia chache kwa sekunde ingeweza kushinda mvuto wa gravitational wa Galaxy na kutoroka kabisa kutoka humo. (Kama tutakavyoona baadaye katika sura hii, wanaastronomia hatimaye waligundua kuwa kulikuwa na “nyota” zaidi kuliko nuru tu.)

Inageuka kuwa vitu hivi vya kasi vinaonekana tu kama nyota kwa sababu ni kompakt na mbali sana. Baadaye wanaastronomia waligundua vitu vyenye mabadiliko makubwa ya redio yanayoonekana kama nyota lakini hayana chafu ya redio. Uchunguzi pia ulionyesha kuwa quasars walikuwa mkali katika bendi za infrared na X-ray pia, na sio hizi zote za eksirei au quasars za infrared-mkali zinaweza kuonekana katika redio au bendi zinazoonekana za mwanga wa wigo. Leo, vitu hivi vyote hujulikana kama vitu vya nusu-stellar (QSOs), au, kama wanavyojulikana zaidi, quasars. (Jina pia hivi karibuni inapochukuliwa na mtengenezaji wa umeme nyumbani.)

Soma mahojiano na Maarten Schmidt juu ya maadhimisho ya miaka hamsini ya ufahamu wake kuhusu wigo wa quasars na redshifts yao.

Zaidi ya quasars milioni sasa imegunduliwa, na spectra zinapatikana kwa zaidi ya elfu mia moja. Spectra hizi zote zinaonyesha mabadiliko nyekundu, hakuna kuonyesha mabadiliko ya bluu, na mabadiliko yao nyekundu yanaweza kuwa kubwa sana. Hata hivyo katika picha wanaonekana kama nyota (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{3}\) Mfano Quasar Imaged na Hubble Space Telescope. Moja ya “nyota” hizi mbili zenye angavu katikati iko kwenye galaxi yetu, wakati nyingine iko umbali wa miaka nuru bilioni 9. Kutoka kwenye picha hii peke yake, hakuna njia ya kusema ni ipi. (Quasar ni moja katikati ya picha.)

Katika quasars ya kurekodi, mstari wa kwanza wa mfululizo wa Lyman wa hidrojeni, na wavelength ya maabara ya nanometers 121.5 katika sehemu ya ultraviolet ya wigo, hubadilishwa njia yote kupitia eneo inayoonekana kwa infrared. Katika mabadiliko hayo ya juu, formula rahisi ya kubadili mabadiliko ya Doppler kwa kasi (Radiation na Spectra) lazima kubadilishwa ili kuzingatia madhara ya nadharia ya relativity. Ikiwa tunatumia fomu ya relativistic ya formula ya mabadiliko ya Doppler, tunaona kwamba mabadiliko haya yanahusiana na kasi ya 96% ya kasi ya mwanga.

Mfano\(\PageIndex{1}\): Uchumi kasi ya Quasar

Fomu ya mabadiliko ya Doppler, ambayo wanaastronomia wanaashiria kwa barua\(z\), ni

\[z= \frac{ \Delta \lambda}{\lambda} = \frac{v}{c} \nonumber\]

wapi\(\lambda\) wavelength lilio na chanzo cha mionzi ambayo si kusonga,\(\Delta \lambda\) ni tofauti kati ya wavelength kwamba na wavelength sisi kupima,\(v\) ni kasi ambayo chanzo hatua mbali, na\(c\) (kama kawaida) ni kasi ya mwanga.

Mstari katika wigo wa galaxi uko kwenye wavelength ya nanometers 393 (nm, au 10 ^—9 m) wakati chanzo kinapumzika. Hebu sema mstari unapimwa kuwa mrefu zaidi kuliko thamani hii (reddriffed) na 7.86 nm. Kisha redshift yake\(z= \frac{7.86 \text{ nm}}{393 \text{ nm}} = 0.02\), hivyo kasi yake mbali na sisi ni 2% ya kasi ya mwanga\( \left( \frac{v}{c}=0.02 \right)\).

Fomu hii ni nzuri kwa galaxi zilizo karibu sana na zinaondoka kwetu polepole katika upanuzi wa ulimwengu. Lakini quasars na galaxi za mbali tunazozungumzia katika sura hii zinasonga mbali kwa kasi karibu na kasi ya nuru. Katika hali hiyo, kubadili mabadiliko ya Doppler (redshift) kwa umbali lazima iwe pamoja na madhara ya nadharia maalum ya relativity, ambayo inaelezea jinsi vipimo vya nafasi na wakati vinabadilika tunapoona vitu vinavyohamia kwa kasi ya juu. Maelezo ya jinsi hii inafanyika ni njia zaidi ya kiwango cha maandishi haya, lakini tunaweza kushiriki nawe formula ya relativistic kwa mabadiliko ya Doppler:

\[ \frac{v}{c} =\frac{(z+1)^2−1}{(z+1)^2+1} \nonumber\]

Hebu tufanye mfano. Tuseme quasar mbali ina redshift ya 5. Kwa sehemu gani ya kasi ya mwanga ni quasar inayoondoka?

Suluhisho

Tunahesabu zifuatazo:

\[ \frac{v}{c} =\frac{(5+1)^2−1}{(5+1)^2+1} = \frac{36−1}{36+1} = \frac{35}{37} =0.946 \nonumber\]

Quasar ni hivyo kurudi kutoka kwetu kwa karibu 95% kasi ya mwanga.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

Mistari kadhaa ya ngozi ya hidrojeni katika wigo inayoonekana ina wavelengths ya kupumzika ya 410 nm, 434 nm, 486 nm, na 656 nm. Katika wigo wa galaxy ya mbali, mistari hiyo hiyo inazingatiwa kuwa na wavelengths ya 492 nm, 521 nm, 583 nm, na 787 nm kwa mtiririko huo. Je, mabadiliko ya redshift ya galaxi hii ni nini? Kasi ya uchumi ya galaxy hii ni nini?

Jibu

Kwa sababu hii ni galaxi ileile, tunaweza kuchukua mojawapo ya wavelengths nne na kuhesabu ni kiasi gani imebadilika. Ikiwa tunatumia wavelength ya kupumzika ya 410 nm na kulinganisha na wavelength iliyobadilishwa ya 492 nm, tunaona hiyo

\[ z = \frac{ \Delta \lambda}{\lambda} =\frac{(492 \text{ nm} − 410 \text{ nm})}{410 \text{ nm}} = \frac{82 \text{ nm}}{410 \text{ nm}} =0.20 \nonumber\]

Katika mtazamo wa classical, galaxy hii inapungua kwa asilimia 20 ya kasi ya mwanga; hata hivyo, kwa asilimia 20 ya kasi ya mwanga, athari za relativistic zinaanza kuwa muhimu. Hivyo, kwa kutumia relativistic Doppler equation, sisi kukokotoa kweli kiwango cha uchumi kama

\[ \frac{v}{c} = \frac{ (z+1)^2−1}{(z+1)^2+1} = \frac{(0.2+1)^2−1}{(0.2+1)^2+1} = \frac{1.44−1}{1.44+1} = \frac{0.44}{2.44} = 0.18 \nonumber\]

Kwa hiyo, kasi halisi ya uchumi ni 18% tu ya kasi ya mwanga. Ingawa hii haiwezi kuonekana kama tofauti kubwa kutoka kwa kipimo cha classical, tayari kuna kupotoka kwa 11% kati ya ufumbuzi wa classical na relativistic; na kwa kasi kubwa ya uchumi, tofauti kati ya kasi ya classical na relativistic huongezeka kwa kasi!

Quasars kutii sheria Hubble

Swali la kwanza wanaastronomia waliulizwa ni kama quasars walitii sheria ya Hubble na walikuwa kweli katika umbali mkubwa unaotajwa na mabadiliko yao ya redshifts. Ikiwa hawakutii utawala kwamba redshift kubwa ina maana umbali mkubwa, basi wanaweza kuwa karibu sana, na mwanga wao unaweza kuwa chini sana. Njia moja kwa moja ya kuonyesha kwamba quasars ilipaswa kutii sheria ya Hubble ilikuwa kuonyesha kwamba walikuwa sehemu ya galaxi, na kwamba mabadiliko yao yalikuwa sawa na galaxi iliyowahudhuria. Kwa kuwa galaxi za kawaida zinatii sheria ya Hubble, chochote ndani yake kitakuwa chini ya sheria zile zile.

Uchunguzi na darubini ya Hubble Space ulitoa ushahidi wenye nguvu zaidi unaonyesha kwamba quasars ziko katika vituo vya galaxi. Vidokezo kwamba hii ni kweli yalipatikana kwa telescopes ya ardhi, lakini uchunguzi wa nafasi ulitakiwa kufanya kesi ya kushawishi. Sababu ni kwamba quasars zinaweza kuzidi galaxi zao zote kwa sababu za 10 hadi 100 au hata zaidi. Wakati nuru hii inapita katika anga ya Dunia, inavurugika na msukosuko na kuzima nuru iliyozimia kutoka galaksi inayozunguka — kama vile vichwa vya kichwa vilivyotokana na gari linalokuja usiku vinafanya iwe vigumu kuona chochote kilicho karibu.

Hubble Space Telescope, hata hivyo, si walioathirika na turbulence anga na inaweza kuchunguza mwanga kukata tamaa kutoka baadhi ya galaxies kwamba mwenyeji quasars (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Quasars zimepatikana katika vipande vya galaxi za ond na elliptical, na kila quasar ina mabadiliko ya redshift sawa na galaxi yake ya mwenyeji. Masomo mbalimbali na darubini ya Hubble Space sasa yanaonyesha wazi kwamba quasars ni kweli mbali. Kama ni hivyo, ni lazima kuzalisha kiasi cha kweli ya kuvutia ya nishati ya kuwa detectable kama pointi ya mwanga ambayo ni nyepesi sana kuliko galaxi yao. Kwa kushangaza, galaxi nyingi za jeshi la quasar zinapatikana kushiriki katika mgongano na galaxi ya pili, kutoa, kama tutakavyoona, kidokezo muhimu kwa chanzo cha pato lao kubwa la nishati.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\) Quasar Jeshi Galaxies. Darubini ya Hubble Space inaonyesha galaxi nyingi za “mwenyeji” zinazozunguka quasars. Picha ya juu kushoto inaonyesha quasar iliyo katika moyo wa galaxi ya ond bilioni 1.4 miaka ya nuru kutoka duniani. Picha ya chini kushoto inaonyesha quasar iliyo katikati ya galaksi ya elliptical takriban miaka ya nuru bilioni 1.5 kutoka kwetu. Picha za kati zinaonyesha jozi za mbali za galaxi zinazoingiliana, moja ambayo huhifadhi quasar. Kila picha ya kulia inaonyesha mikia mirefu ya gesi na vumbi ikitiririka mbali na galaxi iliyo na quasar. Mkia huo huzalishwa wakati galaxy moja inapogongana na mwingine.

Ukubwa wa Chanzo cha Nishati

Kutokana na umbali wao mkubwa, quasars lazima iwe nyepesi sana ili kuonekana kwetu kabisa—nyepesi zaidi kuliko galaxi yoyote ya kawaida. Katika mwanga unaoonekana peke yake, wengi huwa na juhudi zaidi kuliko galaxi za elliptical angavu zaidi. Lakini, kama tulivyoona, quasars pia hutoa nishati kwenye wavelengths ya X-ray na ultraviolet, na baadhi ni vyanzo vya redio pia. Wakati mionzi yao yote inapoongezwa pamoja, baadhi ya QSOs zina jumla ya luminositi kubwa kama Suns trilioni mia (\(10^{14}\)\(L_{\text{Sun}}\)), ambayo ni mara 10 hadi 100 mwangaza wa galaxi za duaradufu za mwangaza.

Kutafuta utaratibu wa kuzalisha kiasi kikubwa cha nishati iliyotolewa na quasar itakuwa vigumu chini ya hali yoyote. Lakini kuna tatizo la ziada. Wanaastronomia walipoanza kufuatilia quasars kwa uangalifu, waligundua kwamba baadhi hutofautiana katika mwangaza kwa mizani ya muda wa miezi, wiki, au hata, wakati mwingine, siku. Tofauti hii ni isiyo ya kawaida na inaweza kubadilisha mwangaza wa quasar kwa makumi kadhaa ya asilimia katika mwanga wake unaoonekana na pato la redio.

Fikiria juu ya mabadiliko hayo katika mwanga ina maana. Quasar katika dimmest yake bado ni kipaji zaidi kuliko galaxi yoyote ya kawaida. Sasa fikiria kwamba mwangaza huongezeka kwa asilimia 30 katika wiki chache. Chochote utaratibu ni wajibu lazima kuwa na uwezo wa kutolewa nishati mpya katika viwango kwamba stagger mawazo yetu. Mabadiliko makubwa zaidi katika mwangaza wa quasar ni sawa na nishati iliyotolewa na Suns bilioni 100,000. Ili kuzalisha nishati hii nyingi tunapaswa kubadili umati wa jumla wa Dunia kumi katika nishati kila dakika.

Zaidi ya hayo, kwa sababu kushuka kwa thamani hutokea katika nyakati hizo fupi, sehemu ya quasar ambayo ni tofauti lazima iwe ndogo kuliko safari ya umbali wa mwanga wakati inachukua tofauti kutokea - kwa kawaida miezi michache. Ili kuona kwa nini hii lazima iwe hivyo, hebu tuchunguze nguzo ya nyota 10 ya kipenyo cha miaka ya mwanga kwa umbali mkubwa sana kutoka Dunia (angalia Mchoro\(\PageIndex{5}\), ambayo Dunia iko mbali na haki). Tuseme kila nyota katika nguzo hii kwa namna fulani inaangaza wakati huo huo na inabaki mkali. Wakati nuru kutoka tukio hili inapofika Duniani, tungeona kwanza nuru nyepesi kutoka nyota upande wa karibu; miaka 5 baadaye tutaona nuru iliyoongezeka kutoka nyota katikati. Miaka kumi ingepita kabla hatujaona mwanga zaidi kutoka nyota upande wa mbali.

Kielelezo\(\PageIndex{5}\) Jinsi Ukubwa wa Chanzo Huathiri Timescale ya Tofauti yake. Mchoro huu unaonyesha kwa nini tofauti za nuru kutoka eneo kubwa angani zinaonekana kudumu kwa kipindi cha muda kupanuliwa kama inavyotazamwa kutoka Dunia. Tuseme nyota zote katika nguzo hii, ambayo ni miaka 10 ya mwanga kote, kuangaza wakati huo huo na mara moja. Kutoka Dunia, nyota A itaonekana kuangaza miaka 5 kabla ya nyota B, ambayo kwa upande itaonekana kuangaza miaka 5 mapema kuliko nyota C. itachukua miaka 10 kwa mwangalizi wa Dunia kupata athari kamili ya kuangaza.

Japokuwa nyota zote zilizo kwenye nguzo zimeangaza wakati mmoja, ukweli kwamba nguzo ina upana wa miaka 10 ya nuru inamaanisha kuwa miaka 10 lazima ipite kabla mwanga ulioongezeka kutoka kila sehemu ya kundinyota itufikia. Kutoka Dunia tungeona kundinyota ikipata nyepesi na nyepesi, kwani mwanga kutoka nyota zaidi na zaidi ulianza kutufikia. Si mpaka miaka 10 baada ya kuangaza kuanza tungeona nguzo kufikia mwangaza upeo. Kwa maneno mengine, ikiwa kitu kilichopanuliwa ghafla kinapungua, kitaonekana kuangaza kwa kipindi cha muda sawa na wakati inachukua mwanga wa kusafiri kwenye kitu kutoka upande wake wa mbali.

Tunaweza kutumia wazo hili kwa mabadiliko ya mwangaza katika quasars ili kukadiria kipenyo chao. Kwa sababu quasars kawaida kutofautiana (kupata Brighter na dimmer) katika kipindi cha miezi michache, eneo ambapo nishati ni kuzalishwa inaweza kuwa hakuna kubwa kuliko miezi michache mwanga kote. Kama ingekuwa kubwa, itachukua muda mrefu zaidi ya miezi michache kwa mwanga kutoka upande wa mbali ili kutufikia.

Je, ni eneo kubwa la miezi michache ya mwanga? Pluto, kwa kawaida sayari ya nje (kibete) katika mfumo wetu wa jua, ni karibu saa 5.5 za mwanga kutoka kwetu, wakati nyota iliyo karibu iko mbali na miaka 4 ya nuru. Kwa wazi eneo la miezi michache ya mwanga hela ni ndogo jamaa na ukubwa wa Galaxy nzima. Na baadhi ya quasars hutofautiana hata kwa kasi zaidi, ambayo inamaanisha nishati zao zinazalishwa katika kanda ndogo hata. Chochote utaratibu unaomwezesha quasars lazima iwe na uwezo wa kuzalisha nishati zaidi kuliko ile iliyozalishwa na galaxi nzima kwa kiasi cha nafasi ambayo, wakati mwingine, si kubwa zaidi kuliko mfumo wetu wa jua.

Mapema Ushahidi

Hata kabla ya kugunduliwa kwa quasars, kulikuwa na vidokezo kwamba kitu cha ajabu sana kilikuwa kinaendelea katika vituo vya angalau baadhi ya galaxi. Kurudi mwaka wa 1918, mwanaastronomia wa Marekani Heber Curtis alitumia darubini kubwa ya Lick Observatory kupiga picha ya galaxy Messier 87 katika Virgo ya nyota. Katika picha hiyo, aliona kile tunachokiita sasa ndege inayotoka katikati, au kiini, cha galaxy (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Ndege hii halisi na kwa mfano ilionyesha shughuli za ajabu zinazoendelea katika kiini hicho cha galaxy. Lakini hakuwa na wazo ni nini. Hakuna mtu mwingine alijua nini cha kufanya na nafasi hii isiyo ya kawaida ama.

Kielelezo cha random kwamba ndege hiyo ya kati ilikuwepo ilikuwa karibu kwa karne ya robo, mpaka Carl Seyfert, mwanaastronomia mdogo katika Mlima Wilson Observatory, pia huko California, alipopata galaxi nusu dazeni zilizo na viini vyenye mkali sana ambavyo vilikuwa karibu na nyota, badala ya kuonekana kama viini vingi vya galaxi. Kwa kutumia spectroscopy, aligundua ya kwamba viini hivi vina gesi inayohamia hadi asilimia mbili kasi ya nuru. Hayo inaweza kuonekana kama mengi, lakini ni maili milioni 6 kwa saa, na zaidi ya mara 10 kwa kasi zaidi kuliko mwendo wa kawaida wa nyota katika galaxi.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\) M87 Jet. Kutembea nje kama taa ya utafutaji kutoka katikati ya galaxy, M87 ni moja ya matukio ya asili ya kushangaza, ndege kubwa ya elektroni na chembe nyingine zinazosafiri kwa karibu kasi ya mwanga. Katika picha hii ya Hubble Space Telescope, rangi ya bluu ya ndege inatofautiana na mwanga wa manjano kutoka kwenye nuru ya pamoja ya mabilioni ya nyota zisizoonekana na makundi ya njano, yanayofanana na galaksi (upande wa juu kushoto). Kama tutakavyoona baadaye katika sura hii, ndege, ambayo ni miaka elfu kadhaa ya mwanga, inatoka katika diski ya gesi superheated inayozunguka shimo kubwa nyeusi katikati ya M87. Mwanga tunaoona huzalishwa na elektroni zinazotoka kwenye mistari ya magnetic shamba katika ndege, mchakato unaojulikana kama mionzi ya synchrotron, ambayo inatoa ndege tint yake ya bluu. Ndege katika M87 inaweza kuzingatiwa katika X-ray, redio, na mwanga unaoonekana, kama inavyoonekana kwenye picha tatu za chini. Katika upande wa kushoto uliokithiri wa kila picha ya chini, tunaona kiini cha galactic kilicho na shimo nyeusi la supermassive.

Baada ya miongo kadhaa ya utafiti, wanaastronomia walitambua vitu vingine vingi vya ajabu zaidi ya Galaxy yetu ya Milky Way; hujaza “zoo” nzima ya kile ambacho sasa kinaitwa galaxi hai au viini vya galactic hai (AGN). Wanaastronomia kwanza waliwaita kwa majina mengi tofauti, kulingana na aina gani ya uchunguzi iliyogundua kila kikundi, lakini sasa tunajua kwamba sisi daima tunaangalia utaratibu huo wa msingi. Nini galaxi hizi zote zina pamoja ni shughuli fulani katika viini vyao vinavyozalisha kiasi kikubwa cha nishati katika nafasi ndogo sana. Katika sehemu inayofuata, tunaelezea mfano unaoelezea galaxi hizi zote na shughuli za kati-AGN na QSOs.

Kuona ndege mwenyewe, angalia video ya muda uliopungua ya ndege iliyotolewa kutoka NGC 3862.

Muhtasari

Quasars za kwanza zilizogunduliwa zilionekana kama nyota lakini zilikuwa na chafu kali za redio. Spectra yao ya mwanga inayoonekana kwa mara ya kwanza ilionekana kuchanganyikiwa, lakini wanaastronomia waligundua kuwa walikuwa na mabadiliko makubwa zaidi kuliko nyota. Spectra quasar kupatikana hadi sasa kuonyesha redshifts kuanzia 15% hadi zaidi ya 96% kasi ya mwanga. Uchunguzi na darubini ya Hubble Space unaonyesha kwamba quasars ziko katika vituo vya galaxi na kwamba spirals na ellipticals wote wanaweza bandari quasars. Redshifts ya galaxi ya msingi inafanana na mabadiliko ya redshifts ya quasars iliyoingia katika vituo vyao, na hivyo kuthibitisha kwamba quasars hutii sheria ya Hubble na iko katika umbali mkubwa unaoelezewa na mabadiliko yao ya redshifts. Ili kuonekana katika umbali mkubwa sana, quasars lazima iwe na mara 10 hadi 100 mwanga wa galaxi za kawaida za kawaida. Tofauti zao zinaonyesha kwamba pato hili kubwa la nishati linazalishwa kwa kiasi kidogo—katika baadhi ya matukio, katika eneo lisilo kubwa zaidi kuliko mfumo wetu wa jua. Galaksi kadhaa zilizo karibu na sisi pia zinaonyesha shughuli kali katika vituo vyao—shughuli ambazo sasa zinajulikana kuwa zimesababishwa na utaratibu sawa na quasars.

faharasa

quasar

kitu cha redshift ya juu sana ambayo inaonekana kama nyota lakini ni extragalactic na yenye luminous; pia huitwa kitu cha nusu-stellar, au QSO

nuclei ya galactic hai (AGN)

galaxies kwamba ni karibu kama luminous kama quasars na kushiriki mengi ya mali zao, ingawa kwa shahada chini ya kuvutia; kiasi cha kawaida cha nishati ni zinazozalishwa katika vituo vyao

galaxi zinazofanya kazi

galaxies kwamba nyumba kazi galactic nuclei