Почему квазары такие яркие?

Спрашивает редакция культурно-просветительского центра «АРХЭ»
Дарья Вяльцева    

Отвечает Борис Штерн, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра Физического института Академии наук (АКЦ ФИАН), главный редактор газеты «Троицкий вариант — Наука», лектор «АРХЭ»

Прежде всего, стоит ответить на вопрос — насколько они яркие? Хороший квазар выделяет больше 10 в 47 степени эрг (единица работы и энергии в абсолютной физической системе единиц — прим. «АРХЭ») в секунду — именно к таким единицам измерения привыкли физики. В единицах солнечной светимости это будет 10 в 14 степени. То есть яркий квазар светит в сто триллионов раз ярче Солнца и в тысячи раз ярче всей нашей Галактики, весьма крупной. Если поместить такой квазар в центр нашей Галактики и убрать пыль, он будет светить на небе во многие десятки раз ярче полной Луны, правда, в основном в ультрафиолете.

Что такое квазары? Это сверхмассивные чёрные дыры в центре галактик — массой до 20 миллиардов масс Солнца. Они светят за счёт того, что на них падает вещество, которое стягивается из центральных областей галактики. Вещество падает не прямо, а образует так называемый аккреционный диск. У него есть вязкость, благодаря которой вещество диска постепенно по спирали стягивается к чёрной дыре, при этом нагреваясь до сотни тысяч градусов. Аккреционный диск — это и есть основной источник света квазара.

Откуда такая колоссальная светимость? Во-первых, квазар — очень эффективная «топка». Термоядерные реакции, за счёт которых светят звёзды, выделяют примерно 0.003 от энергии покоя (mc2) сгорающего водорода. В квазарах из-за огромного гравитационного потенциала в аккреционных дисках выделяется 20% от энергии покоя «съедаемого» вещества — почти в сто раз больше. Во-вторых, в эту «топку» поступает очень много топлива — хороший квазар «съедает» несколько (до десятка) масс Солнца в год.

Откуда берётся это топливо? Изредка звёзды «глотаются» целиком — разрываются приливными силами и вливаются в аккреционный диск. Но основной источник топлива — газ, которого в центре галактик, особенно молодых, предостаточно.

Молодыми галактики были давным-давно, около 10 миллиардов лет назад. Тогда и светили самые яркие квазары. Сейчас мы видим их под красным смещением. Они «съели» основную часть доступного газа и сильно потускнели. В современной Вселенной суммарная мощность квазаров упала в десятки раз. Ближайший к нам яркий квазар находится за миллиард световых лет (это уже современная Вселенная).

В центре нашей галактики тоже сидит небольшой квазар. Сейчас он совсем «на голодном пайке» и светит лишь в десять тысяч раз ярче Солнца, в основном в рентгене.

Уважаемые читатели! Свои вопросы и вопросы ваших детей присылайте на адрес: ask@ology.sh. Будем рады на них ответить.

Иллюстрации

wallscloud.net