Kvazar

Shunchalik tez oziqlanayotgan qora tuynukki, butun galaktikasini xiralashtiradi

Qadamma-qadam

Yulduz boʻlmagan yulduz

1963-yilda Maarten Shmidt 3C 273 deb atalgan xira nur nuqtasi yulduz emasligini aniqladi: uning nuri taxminan 2 milliard yillik yoʻlda kengayayotgan olam tomonidan choʻzilgan edi.

3C 273 avval radio toʻlqinlar manbai sifatida maʼlum boʻlgan: uchinchi Kembrij katalogidagi 273-manba. 1962-yilda Oy uning oldidan oʻtdi va radio toʻlqinlari oʻchgan paytni oʻlchash uning qayerdaligini aniqlab berdi. U yerda yonida xira iz boʻlgan, 13-kattalikdagi oddiy koʻrinishli yulduz turardi.

Shmidt uning spektrida vodorodning tanish naqshini, qizil tomonga deyarli 16% siljiganini koʻrmaguncha, spektr tushunarsiz edi. Buni faqat olamning kengayishi qila olardi, demak, nuri taxminan 2 milliard yil yoʻl bosgan. Shunchalik uzoqdan shunchalik yorqin narsa aql bovar qilmas darajada qudratli boʻlishi kerak edi. Bunday jismlar yulduzsimon radio manbalar — kvazarlar deb ataldi.

Yuzta Somon Yoʻlidan yorqin

3C 273 4 trillion Quyoshdek porlaydi — butun Somon Yoʻlidan taxminan yuz marta koʻp — va bir necha kunda lipillaydi: bu nurning hammasi bor-yoʻgʻi bir necha yorugʻlik kuni kenglikdagi hududdan keladi.

3C 273 atrofida ulkan elliptik galaktika bor, lekin oddiy suratlarda u markazining ravshanligida koʻrinmay ketadi. Tutilishda Oy Quyoshni toʻsganidek markaziy nurni toʻsuvchi koronograf yordamidagina Hubble uni 2024-yilda aniq koʻra oldi.

Agar 3C 273 30 yorugʻlik yili uzoqlikda boʻlganida, osmonimizda Quyoshdek yorqin porlardi. Shunga qaramay, uning nuri bir necha kunda oʻzgaradi, hech narsa esa yorugʻlik uni kesib oʻtadigan vaqtdan tezroq bir butun boʻlib yorisha olmaydi: manba bor-yoʻgʻi bir necha yorugʻlik kuni kenglikda, taxminan Quyosh tizimimiz kattaligida.

Galaktika ulkan elliptik galaktikaning sodda modeli boʻyicha chizilgan; markazi qanchalik yorqinroq ekani oʻlchovlarga mos.

Oziqlanayotgan qora tuynuk

Markazda massasi taxminan 260 million Quyoshga teng qora tuynuk bor. Spiral boʻylab tushayotgan gaz diskda siqilib qiziydi va oxiri galaktikaning barcha yulduzlaridan birga olganda ham yorqinroq porlaydi.

Deyarli har bir katta galaktikaning qalbida oʻta massiv qora tuynuk bor va ularning koʻpchiligi sokin. Kvazar — oziqlantirilayotgan qora tuynuk: galaktikasidan kelgan gaz, koʻpincha boshqa galaktika bilan toʻqnashuv natijasida qoʻzgʻalib, uni yutib ulgurgunidan tezroq tushadi.

Gaz toʻppa-toʻgʻri tusha olmaydi. Oqova teshigidagi suv kabi u yassi diskka aylanib buriladi, oʻziga ishqalanadi, energiya yoʻqotadi va qizib borib, sekin spiral boʻylab ichkariga siljiydi. Qora tuynuk soyasi va uning atrofida egilgan yorugʻlik umumiy nisbiylik nazariyasiga koʻra chizilgan; diskdagi chiziqlar chizilgan.

Eng shiddatli nur

Qora tuynuk yaqinida disk asosan ultrabinafsha nurda porlaydi. Unga tushish gaz massasining taxminan oʻndan birini nurga aylantiradi: yulduzlardagi yadro sintezidan oʻn toʻrt baravar koʻp.

Qora tuynuk tomon tushayotgan modda tezlashadi va qiziydi. Diskdagi gaz ufqdan bir necha barobar katta boʻlgan eng ichki barqaror orbitaga yetganda, massasining taxminan oʻndan biri issiqlik va nurga aylangan boʻladi, qora tuynuk tez aylansa esa undan ham koʻproq.

Quyosh vodorodni geliyga aylantirib, yoqqan massasining faqat 0,7% ini energiyaga aylantiradi. Shu sababli oziqlanayotgan qora tuynuklar olamdagi eng qudratli doimiy nur manbalaridir. Diskning biz tomon burilayotgan tomoni yorqinroq va koʻkroq koʻrinadi: yorugʻlik tezligining katta qismi bilan harakatlanayotgan gaz nurini oldinga sochadi.

Ultrabinafsha nur koʻrinmaydi; disk oʻz harorati ranglarida chizilgan.

Tez orbitalardagi bulutlar

Tashqariroqda gaz bulutlari markazdan taxminan 145 yorugʻlik kuni uzoqlikda, soniyasiga 3 000 km ga yaqin tezlikda aylanadi. 2018-yilda GRAVITY nomli asbob ularning aylanishini koʻrdi va shu orqali qora tuynuk tortildi.

Kvazar nurida keng chiziqlar koʻrinadi: har bir element ranglari yoyilib ketadi, chunki ularni chiqaruvchi gaz soniyasiga minglab kilometr tezlikda, bir qismi biz tomon, bir qismi bizdan uzoqqa harakatlanadi. Bu bulutlarni ularning ichidagi disk yoritadi.

2018-yilda ESO ning Juda Katta Teleskopidagi toʻrtta 8 metrlik teleskopni bittaga birlashtiruvchi GRAVITY 3C 273 boʻylab bulutlar nuri qayerdan kelayotganini oʻlchadi va ularning aylanayotganini koʻrdi: bir tomonda biz tomon kelmoqda, ikkinchi tomonda uzoqlashmoqda. Shu masofada ularning qanchalik tez aylanishi qora tuynuk massasini beradi: taxminan 260 million Quyosh (GRAVITY Collaboration 2018).

Bulutlar rangi chizilgan: biz tomon kelayotgani koʻk, uzoqlashayotgani qizil. Aylanishi tezlashtirilgan; aslida bir aylanish asrlar davom etadi.

Galaktikani kesib oʻtuvchi oqim

Gazning bir qismi hech qachon tushmaydi. Oʻq boʻylab deyarli yorugʻlik tezligida otilib, u 200 000 yorugʻlik yili uzunlikdagi oqim hosil qiladi — Somon Yoʻli kengligidan ikki barobar uzun.

Qora tuynuk yaqinida aylanayotgan disk va tuynuk oʻrab tashlagan magnit maydonlar gazning ozgina qismini oʻq boʻylab deyarli yorugʻlik tezligida otib chiqaradi. Har oʻnta kvazardan taxminan birining oqimlari radio toʻlqinlarda yorqin porlaydigan darajada kuchli.

3C 273 ning oqimi oddiy Hubble suratlarida ham koʻrinadi: uzunligi taxminan 200 000 yorugʻlik yili boʻlgan iz. Undagi tugunlar tashqariga yorugʻlikdan tez yugurayotgandek koʻrinadi: bu koʻz aldanishi, chunki ular deyarli toʻppa-toʻgʻri biz tomon yorugʻlik tezligiga yaqin harakatlanadi va nurlari toʻplanib yetib keladi. Bizdan teskari yoʻnalgan egizagi koʻrinmaydigan darajada xira.

Oqim Hubble suratlaridagidek och koʻk rangda chizilgan.

Eng yorqini

Maʼlum eng yorqin kvazar J0529-4351 500 trillion Quyoshdek porlaydi. Uning 17 milliard Quyosh massali qora tuynugi har kuni bir Quyoshdan koʻproq gazni yutadi.

J0529-4351 shunchalik yorqinki, oʻnlab yillar davomida osmon tadqiqotlari uni yulduz deb roʻyxatga olgan. 2024-yilda Kristian Volf boshchiligidagi guruh ESO ning Juda Katta Teleskopi yordamida uning nuri 12 milliard yildan koʻproq oldin yoʻlga chiqqan kvazar ekanini koʻrsatdi.

Uning qora tuynugi Quyosh massasidan taxminan 17 milliard marta ogʻir va hali ham oʻsmoqda. Uni oziqlantiruvchi diskning kengligi taxminan 7 yorugʻlik yili — maʼlumlarining eng kattasi — va u 500 trilliondan ortiq Quyoshdek porlaydi (Wolf va boshq. 2024).

Disk oʻlchangan kattaligida chizilgan. Uning oʻrtasidagi qora tuynuk soyasi bu masshtabda koʻrinish uchun juda kichik.

Kvazarlar davri

Kvazarlar taxminan 10 milliard yil oldin, galaktikalar yosh va gazga toʻla boʻlganda eng koʻp boʻlgan. Ularning koʻpchiligining ozuqasi tugagan, yorqinlari esa bugun kamdan-kam.

Yorugʻlik bizga yetib kelishi uchun vaqt kerak boʻlgani sababli, eng uzoq kvazarlar eng qadimiylari hamdir. Ularni har bir masofada sanash yorqin kvazarlar 10–11 milliard yil oldin hozirgidan taxminan yuz marta koʻp boʻlganini koʻrsatadi.

Oʻshanda galaktikalar gazga boy boʻlib, tez-tez toʻqnashgan va bu gazni ularning markaziga haydagan. Gaz yulduzlarga sarflangani yoki uchirib yuborilgani sari koʻpchilik qora tuynuklar tinchib qolgan. Bugungi koʻplab ulkan galaktikalarda sobiq kvazarlarning uxlayotgan qora tuynuklari bor.

Grafik tadqiqotlar topgan shaklni taxminan beradi. Bu yerdagi kvazarning soʻnishi chizilgan.

Oʻzimizning qora tuynuk

Somon Yoʻlining qora tuynugi Sagittarius A* 4,3 million Quyosh ogʻirligida va deyarli oziqlanmaydi. Ammo galaktikaning yuqorisi va pastidagi ikkita ulkan gamma-nur pufagi u bir necha million yil oldin alangalanganidan dalolat beradi.

Sagittarius A* 3C 273 ning qora tuynugidan taxminan oltmish marta yengil va deyarli och: u faqat bir necha yuz Quyoshdek, asosan radio toʻlqinlar va rentgen nurlarida porlaydi.

2010-yilda Fermi kosmik teleskopi har biri galaktika markazidan taxminan 25 000 yorugʻlik yili yuqoriga va pastga choʻzilgan ikkita ulkan gamma-nur boʻlagini topdi. Ularning oʻlchami va shakli bir necha million yil oldin markazdan otilib chiqqan portlashdan, ehtimol Sagittarius A* oxirgi marta toʻyib ovqatlangan paytdan dalolat beradi.

Pufaklar koʻzga koʻrinmaydi; bu yerda ular binafsha rangda chizilgan. Somon Yoʻli sodda model boʻyicha chizilgan.

Hech qachon qoʻzgʻalmaydigan mayoqlar

Kvazarlar shunchalik uzoqdaki, ular hech qachon harakatlanmayotgandek koʻrinadi. Astronomlar ularning minglabini osmondagi har bir oʻrin oʻlchanadigan qoʻzgʻalmas nuqtalar sifatida ishlatadi.

Yulduzlar galaktika boʻylab harakatlanar ekan, yillar davomida osmonda siljiydi. Milliardlab yorugʻlik yili uzoqdagi kvazarlar esa oʻz joyida turadi, shuning uchun ular eng yaxshi moʻljallardir.

Kosmik apparatlarni boshqarish va Yerning aylanishini kuzatish uchun ishlatiladigan Xalqaro samoviy sanoq tizimi butun dunyodagi radioteleskoplar oʻlchagan, asosan kvazarlardan iborat 4 536 ta uzoq radio manbaning oʻrinlariga asoslangan (ICRF3, 2018). Gaia apparati deyarli ikki milliard yulduzli xaritasini taxminan 1,6 million kvazarga bogʻlaydi.

Halqalar kvazarlarni xaritadagidek belgilaydi; ular ichidagi nuqtalar chizilgan.

Bu hikoyadagi jismlar

TON 618