Kvazarai
Saulė skleidžia tik mažą dalį savo energijos radijo bangomis,
taigi atrodė tikėtina, kad ir tolimos žvaigždės nėra stiprūs radijo šaltiniai.
Todėl astronomai gerokai nustebo, kai kosminis radijo šaltinis buvo sutapatintas
su silpna žvaigždele. Atsargumo dėlei jis buvo pavadintas kvazižvaigžde - kvazarų.
1962 - 63 m. K.Hazardas (Australija) ir M.Šmidtas (JAV) atrado pirmąjį kvazarą
3C 273. Užregistravus jo spektrą, stebėtų linijų nepavyko priskirti nė vieno
žinomo elemento linijoms. O netrukus buvo atrastas ir kitas panašus keistas
objektas. Kvazarų spektro mįslę įspėjo M. Šmidtas (Schmidf) iš Palomaro observatorijos:
nežinomos linijos pasirodė besančios paties žinomiausio elemento - vandenilio
- linijos, tik smarkiai pastumtos link spektro ilgųjų bangų pusės. Vadinasi,
jeigu tą poslinkį lemia didelis kvazarų greitis mūsų atžvilgiu dėl Visatos plėtimosi
ir jiems galioja Hablo dėsnis, tai kvazarai turi būti nepaprastai toli - už
kelių milijardų šviesmečių. Tokiu atveju jie yra patys galingiausi spinduoliai
Visatoje.
Astronomai, metę savo įprastinius darbus, ėmė ieškoti naujų kvazarų ir tirti
jų savybes. Kvazarų skaičius greitai pasiekė kelias dešimtis (dabar žinomų kvazarų
skaičius artėja prie 20 000). Daugelis iš jų turėjo dar didesnį raudonąjį poslinkį,
taigi buvo dar toliau - prie besiplečiančios Visatos ribų. Įdomiausia tai, jog
kvazarų spinduliavimas netvarkingai kito, kartais net dvigubai per mėnesį arba
net savaitę. Tai reiškė, kad kvazarai iš tikrųjų yra žvaigždės dydžio. Atrodė
neįtikėtina, kad toks objektas gali spinduliuoti per sekundę daugiau energijos,
negu Saulė per milijoną metų. Tad buvo atkakliai mėginama paaiškinti kvazarų
raudonąjį poslinkį ne jų dideliais greičiais, o kitomis priežastimis ir tuo
būdu "atkelti" juos iš Visatos pakraščių į "normalius" atstumus. Deja, tos išmoningos
hipotezės neišlaikė kritikos, be to, stebėjimai parodė, kad kai kurie kvazarai
įeina į grupes galaktikų, turinčių panašų raudonąjį poslinkį. Išliko vienintelis
modelis - itin masyvi juodoji bedugnė galaktikos centre, į kurią dideliu greičiu
krinta aplinkinė medžiaga, sudarydama akrecijos diską. Tas modelis paaiškina
visas stebimas kvazarų savybes: mažus matmenis, labai stiprų spinduliavimą įvairiomis
bangomis (krintant medžiagai į juodąją bedugnę gali išsiskirti energija, lygi
maždaug 10% medžiagos rimties energijos), netvarkingą spinduliavimo kitimą (medžiaga
krinta j bedugnę netolygiai), čiurkšles, sklindančias iš kai kurių kvazarų ir
kt.
Aišku, skeptikai norėtų tiesioginių įrodymų; deja, pati juodoji bedugnė negali
būti stebima. Ir dabar kvazarai tebėra vieni iš paslaptingiausių objektų Visatoje.
Kokiu būdu jie susidaro ir kodėl jie egzistavo tik ankstyvuoju Visatos plėtimosi
laikotarpiu (nė vieno kvazaro nėra likę arti mūsų Galaktikos)? Kodėl didžiulės
čiurkšlės būdingos tik daliai kvazarų? Gal juodosios bedugnės egzistuoja daugumos
ar net visų galaktikų centruose, bet ne visur ir ne visada jos rodo savo nagus?
Neįminus kvazarų mįslių, neįmanoma suprasti galaktikų evoliucijos.
Kvazarai yra labai nutolę nuo mūsų ir skleidžia. radijo ir kitokiomis bangomis
nepaprastai daug energijos - dešimtis ar net tūkstančius kartų daugiau negu
visa Galaktika. Antra vertus, kvazaro aktyvioji sritis yra žvaigždės dydžio
- tai liudija greitas kvazarų spinduliavimo kitimas. Kvazaro radijo portretui
būdingos dvi "ausys", kurias sudaro į šalis trykštančios plazmos čiurkšlės,
išsiskleidžiančios į didžiulius plazmos debesis. Remiantis kvazarų ir aktyviųjų
galaktikų spinduliavimo panašumais bei aptikus aplink daugelį kvazarų galaktikų
pėdsakus, dabar kvazarai laikomi branduoliais labai aktyvių galaktikų, egzistavusių
Visatos raidos pradžioje (juk mus pasiekianti tolimų kvazarų šviesa yra išspinduliuota
milijardus metų ir praneša apie Visatos jaunystę). Iš daugelio hipotezių, aiškinančių
aktyviųjų galaktikų branduolių ir kvazarų prigimtį, laiko išbandymą sėkmingai
išlaikė tik viena, teigianti, jog šie objektai yra gigantiškos juodosios bedugnės.
Juodoji bedugnė - itin keistas objektas, kurio egzistavimas ir savybės išplaukia
iš bendrosios reliatyvumo teorijos - gali susidaryti tik nepaprastai suspaudus
medžiagą (pavyzdžiui, mūsų Žemė virstų juodąja bedugne, jeigu ji būtų suspausta
ligi l cm dydžio). Būtent tokie fantastiniai slėgiai gali susidaryti galaktikos
centre, kur, veikiant gravitacijos jėgai, palaipsniui susitelkia didelė dalis
galaktikos medžiagos. Kuo labiau suspausta medžiaga, tuo stipresnė jos traukos
jėga (pagal Niutono dėsnį trauka rutulio paviršiuje yra atvirkščiai proporcinga
jo radiuso kvadratui). Kai spaudžiamo kūno radiusas pasidaro mažesnis už dydį,
vadinamą gravitaciniu radiusu, kūno trauka tampa tokia stipri, jog jokia dalelė,
netgi šviesos kvantas - fotonas, nebegali pabėgti nuo to kūno - jis tampa juodąja
bedugne. Pavadinimas nurodo tokio objekto pagrindinę savybę - jis tik traukia
į save viską ir nieko nebepaleidžia iš savo nagų. Atrodo, aktyviųjų galaktikų
branduoliai elgiasi priešingai, negu turi elgtis juodoji bedugnė - jie sukelia
stiprų spinduliavimą ir plazmos čiurkšles. Prieštaravimą nesunku paaiškinti
- spinduliuoja ne pati juodoji bedugnė, o į ją krintanti aplinkinė medžiaga,
kurios gausu galaktikos centre. Matyt, ta medžiaga, kaip įprasta kosmose, sukasi,
todėl ji su pagreičiu krinta į bedugnę spirale ir sudaro aplink juodąją bedugnę
vadinamąjį akrecijos diską (lot. accretio - padidėjimas), kurio medžiaga, krisdama
j bedugnę, didina jos masę. Disko dalelės, judėdamos didžiuliais greičiais,
susiduria vienos su kitomis, subyra į elektringąsias daleles, šios sukuria labai
stiprius elektrinius ir magnetinius laukus, tad plazmos diskas, ypač jo vidinė
dalis, spinduliuoja įvairias elektromagnetines bangas. Kadangi jos negali prasibrauti
pro labai tankų ir storą diską, tai fotonų ir greitų dalelių srautų didžioji
dalis išlekia disko ašigalių kryptimis - tokiu būdu ir susidaro čiurkšlės. Matyt,
kvazaras yra maždaug 100 milijonų Saulės masių juodoji bedugnė, kasmet praryjanti
po vieną žvaigždę arba panašų kiekį medžiagos. Galaktikos susidarė praėjus vos
1-2 milijardams metų po Didžiojo sprogimo pradžios ar net dar anksčiau. Tai
liudija jose aptinkamos labai senos žvaigždės, kurių amžius daugiau kaip dešimt
milijardų metų. Be to, tolimos galaktikos, matomos už 10 milijardų šviesmečių,
vadinasi, atitinkančios Visatos jaunystę, turi panašias savybes, kaip ir artimos
galaktikos. Netgi dar labiau nutolusių kvazarų spektrai turi sunkesniųjų elementų
linijų, o šie elementai galėjo susidaryti tik pirmosios kartos žvaigždžių viduje.
Kai kurie kvazarų duomenys: didžiausias raudonasis poslinkis z=5.8, tolsta maždaug
95 % šviesos greičiu, aktyvaus spinduliavimo periodas trunka 10 - 100 mln. metų,
apie 10 % kvazarų yra stiprūs radijo bangų šaltiniai.