Квазар — это не отдельный вид звезды и не «чёрная дыра, которая светится». Так называют исключительно яркое активное ядро далёкой галактики, где сверхмассивная чёрная дыра интенсивно поглощает вещество. Сам горизонт событий света не выпускает; излучение создаёт газ вокруг него, когда теряет орбитальную энергию, нагревается и движется через аккреционный диск и корону.
Некоторые квазары видны через миллиарды световых лет и превосходят по светимости всю звёздную часть своей галактики. Это делает их мощными маяками ранней Вселенной.
Откуда берётся такая энергия
Падающее вещество не может просто вертикально свалиться в чёрную дыру, потому что обычно обладает угловым моментом. Оно образует вращающийся диск. Трение и магнитные процессы перераспределяют угловой момент, позволяя части газа постепенно двигаться внутрь, а выделившаяся гравитационная энергия превращается в тепло и излучение.
Эффективность такого процесса может быть выше, чем у термоядерных реакций в звёздах. Поэтому сравнительно компактная область размером с Солнечную систему способна по светимости соперничать с сотнями миллиардов звёзд.
Почему некоторые квазары имеют мощные джеты
У части активных ядер из окрестности чёрной дыры выходят узкие релятивистские струи плазмы. Их образование связывают с магнитными полями диска и вращением чёрной дыры. Джеты могут простираться далеко за пределы галактики и создавать радиоизлучающие лепестки.
Если такой джет направлен почти на Землю, активное ядро относят к блазарам. Из-за релятивистского усиления они особенно быстро меняют яркость и доминируют в высокоэнергетическом небе. Но не у каждого квазара есть сильный джет.
Почему квазары важны для истории галактик
Большинство очень ярких квазаров наблюдается в далёкой Вселенной, когда галактики были моложе и чаще содержали большие запасы газа. Изучая спектры квазаров, астрономы измеряют массу чёрных дыр, химический состав и движение вещества.
Сам квазар также служит фоновой лампой. Газ между ним и нами поглощает определённые длины волн, оставляя в спектре линии. По ним можно изучать межгалактическое вещество, которое иначе слишком разрежено и темно для прямого изображения.
Опасен ли квазар для Земли
Известные квазары находятся настолько далеко, что их излучение не представляет угрозы. Опасный сценарий потребовал бы мощного активного ядра в нашей собственной галактике и неблагоприятной геометрии, особенно если релятивистский джет был бы направлен в сторону Земли.
Сверхмассивная чёрная дыра Sagittarius A* в центре Млечного Пути сейчас чрезвычайно тускла по меркам активных ядер. Есть признаки, что в прошлом она была активнее, но современная Галактика не является квазаром. Даже если центральная чёрная дыра переживает вспышки аккреции, это совсем не уровень наиболее мощных квазаров ранней Вселенной.
Слово «квазар» исторически означает quasi-stellar radio source — объект, похожий на звезду на старых снимках, но обладающий необычным спектром и большим красным смещением. Позже стало ясно, что радиогромкость не является обязательной: существует множество радиотихих активных ядер с квазарной светимостью. Современная классификация поэтому опирается на физику активного ядра, а не на исходное название.
Красное смещение квазаров сыграло историческую роль в понимании их природы. Когда линии в спектре удалось правильно идентифицировать, оказалось, что объекты находятся на космологических расстояниях. Если источник виден так далеко, его истинная светимость должна быть колоссальной. Это сразу потребовало гораздо более эффективного энергетического механизма, чем обычное ядерное горение звёзд.
Энергия активного ядра может и подавлять, и стимулировать звездообразование. Джеты и ветры нагревают газ или выбрасывают его из галактики, ограничивая дальнейший рост; в других условиях сжатие газа способно запускать образование звёзд. Эта «обратная связь» помогает объяснить, почему масса центральной чёрной дыры статистически связана со свойствами галактического балджа.
Размер области излучения можно оценивать по скорости изменения яркости. Если квазар заметно меняется за несколько дней, причинно связанная область не может быть существенно больше расстояния, которое свет проходит за это время с учётом релятивистских эффектов и красного смещения. Так астрономы поняли, что чудовищная энергия действительно выходит из очень компактного центра, а не равномерно распределена по всей галактике.
Квазары на больших красных смещениях ставят ещё один вопрос: как сверхмассивные чёрные дыры успели вырасти так рано. Для объектов с миллиардами солнечных масс менее чем через миллиард лет после Большого взрыва требуются достаточно массивные «семена», быстрый рост или эпизоды аккреции, выходящие за простую стандартную схему. Поэтому далёкий квазар — одновременно источник света и тест моделей формирования первых чёрных дыр.
Поэтому квазары интересны не как космическая угроза, а как лаборатории экстремальной аккреции. Они позволяют увидеть, как сверхмассивные чёрные дыры росли вместе с галактиками и как энергия из крошечной центральной области могла влиять на газ на галактических масштабах.
