دنیای علم و تکنولوژی

دنیای علم و تکنولوژی

اخبار و مقالات مربوط به دنیای علم و تکنولوژی ترجمه شده از منابع معتبر
دنیای علم و تکنولوژی

دنیای علم و تکنولوژی

اخبار و مقالات مربوط به دنیای علم و تکنولوژی ترجمه شده از منابع معتبر

کوآزارها، درخشان ترین اشیا در آسمان


مقاله ای درخشان از سایت Popular Mechanics

ترجمه، خلاصه و ساده سازی: اصغر ناصری

 

در آوریل 2023 ستاره شناسان پدیده ای شگرف را مشاهده کردند: ادغام دو کهکشان که 3 میلیارد سال پس از مهبانگ صورت گرفته است.

این برخورد که با استفاده از آرایه وسیعی از رصدخانه های زمینی و فضایی مشاهده شد، در طی دوره تولد شدید ستارگان روی می دهد که به ظهر کیهانی از آن تعبیر می شود. این برخورد تنها به تولد تعداد زیادی ستاره منجر نمی شود، بلکه برخوردهای کهکشانی از این نوع سوخت لازم برای کوآزارها، اجرام کیهانی بسیار نیرومندی که می توانند درخشندگی بیش از تمامی ستارگان کهکشان میزبان خود داشته باشند، فراهم می کنند.

کوآزارها زیررده ای از هسته های فعال کهکشانی (AGN) هستند، یعنی قلب کهکشان های بزرگی که بسیار فعال و درخشانند. تمامی کوآزارها AGN محسوب می شوند ولی تمامی AGN ها کوآزار نیستند.

اکنون می دانیم کوآزارها سیاهچاله هیا بسیار جسیم (supermassive black holes) هستند که توسط حجم عظیمی از گاز و غبار احاطه شده اند. این مواد ضمن سقوط به درون سیاهچاله سرعتهایی نزدیک به نور پیدا می کنند و در اثر گرمای زیاد شروع به تابش با شدتی فوق العاده زیاد می نمایند. برخوردهای کهکشانی از این دست گاز و غبار میان ستاره ای را به درون سیاهچاله ای مرکزی پرتاب کرده و منجر به درخشندگی فوق العاده آنها می شوند.

اما منبع توان کوآزارها اغلب کاملا روشن نیست. با وجود اینکه کوآزارها قدرتمندترین رویدادهای عالم بوده و درخشندگی آنها بر کل کهکشان میزبان می چربد، همچنان رازآمیز باقی مانده اند.

کشف این حقیقت که کوآزارها ستاره نیستند

نام quasar مخفف quasi-stellar radio source یا منبع رادیویی شبه ستاره ای است. این عنوان وقتی به آنها اطلاق شد که ستاره شناسان رادیویی آنها را در دهه 1950 و 60 رصد کردند. اولین کوآزار 3C273 در سال 1962 معرفی شد. لیکن دانشمندان در شگفت بودند کدام منبع می تواند چنین تابش بلند مدت و پرتوانی داشته باشد. یک ستاره منفرد قادر به چنین کاری نیست.

 

تصویری از 3C273، اولین کوآزاری که شناخته شد. این تصویر توسط دوربین میدان عمیق هابل در 2013 گرفته شده است. این کوآزار در مرکز کهکشان عظیم بیضوی در صورت فلکی ویرگو قرار دارد و یکی از نزدیکترین کوآزارها به زمین است.

نهایتا دانشمندان کشف کردند که ویژگی های غریب در طیف 3C 273 ناشی از شیئی است که 9 میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد. حالا می دانیم که نور حاصل از این کوآزار 2 تریلیون بار درخشان تر از خورشید است.

یک ویژگی حیرت آور کوآزارها این است که درخشندگی آنها بسرعت تغییر می کند. این تغییر سریع بدین معناست که قطر آنها بیشتر از پهنای دستگاه خورشیدی نیست. یک شیء کیهانی نمی تواند سریعتر از زمانی که نور برای طی پهنای آن دارد تغییر درخشندگی دهد. کوآزارها در مدت چند روز تغییر درخشندگی می دهند پس پهنای انها نیز باید در حد چند روز نوری باشد.

تشعشع بسیار نیرومند کوآزارها فشاری رو به بیرون وارد می کند که برای مقابله با آن و جلوگیری از متلاشی شدن کوآزار باید یک نیروی گرانشی فوق العاده عظیم وجود داشته باشد. بنابراین کوآزارها باید جرمی به واقع بسیار عظیم داشته باشند، حداقل معادل 100 میلیون ستاره!

 

تصویری از دو کوآزار که تنها 10 هزار سال نوری از هم فاصله دارند و هرکدام در مرکز کهکشان در حال ادغام خود قرار گرفته اند.

در اینجا یک پرسش پیش می آید: چه نوع جرم آسمانی می تواند جرمی معادل 100 میلیون ستاره و تابندگی در حد 100 میلیارد ستاره داشته باشد؟

روشن است که یک ساره منفرد نمی تواند چنین جرم و اندازه یا داشته باشد. بنابراین تنها یک داوطلب باقی می ماند: سیاهچاله های ابرجسیم.

خوراک دادن به ابرسیاهچاله های مرکز کهکشانها

سیاهچاله های ابرجسیم رویدادهای فضا-زمانی هستند که در قلب بیشتر کهکشانها نشسته اند. آنها می توانند جرمی معادل میلیونها و حتی میلیاردها خورشید داشته باشند که در فضایی به اندازه پهنای دستگاه خورشیدی فشرده شده است.

برای مثال ابرسیاهچاله مرکز کهکشان M87، اولین سیاهچاله ای که در سال 2019 بطور مستقیم مورد مشاهده قرار گرفت، جرمی معادل شش و نیم میلیارد خورشید دارد که در فضایی به پهنای 38 میلیارد کیلومتر فشرده شده است.

به علت گرانش عظیم خود، ابرسیاهچاله ها ماده را بسوی خود می کشند. این ماده دیسک های چرخان عظیم به دور سیاهچاله می سازد که طی فرایندی به نام درآشامیدن (accretion) به درون سیاهچاله سقوط می کند. ذرات ماده در طی سقوط با هم اصطکاک می یابند و این فرایند ماده را به حد میلیونها درجه سلسیوس داغ می کند. در نتیجه تشعشعی در گستره طیف الکترومغناطیس از طیف مرئی تا اشعه ایکس پرتوان تولید می شود.

کوآزارها اغلب در کهکشانهایی بسیار دوردست قرار دارند که به فاصله کمی از مهبانگ بوجود آمده اند. زیرا در آن زمان که عالم هنوز جوان و متراکم تر بوده، کهکشانها آنقدر غنی از ماده بوده اند که می توانستند سوخت فراوانی برای کوآزارها فراهم کنند.

 

سیاهچاله ها

اجازه ندهید نام سیاهچاله شما را  به اشتباه بیاندازد. یک سیاهچاله فضایی خالی نیست. بلکه حجم بزرگی ماده است که در فضایی بسیار کوچک متراکم شده است. به این بیاندیشید که ستاره ای ده بار پرجرم تر هز خورشید به اندازه شهر نیویورک فشرده شود. نتیجه میدان گرانشی چنان عظیم خواهد بود که هیچ چیز حتی نور نمی تواند از آن بگریزد. در سالهای اخیر ابزارهای علمی ناسا و دیگر سازمان های فضایی دنیا توانسته اند تصویر جدیدی از این اشیای غریب فراهم کنند که برای بسیاری، شگفت انگیزترین اجرام فضایی هستند.

ایده شیئی در آسمان به اندازه ای جسیم و چگال که نور نتواند از سطح آن بگریزد چندین قرن برای انسان آشنا بوده است. وجود سیاهچاله ها توسط نظریه نسبیت عام اینشتاین پیش بینی شده بود که نشان می دهد وقتی یک ستاره جسیم می میرد، در پی خود یک هسته کوچک و بسیار چگال باقی می گذارد. اگر جرم هسته باقیمانده یک ستاره پس از مرگ آن، بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، معادلات میدان نشان می دهند که نیروی گرانش بر همه نیروهای دیگر غلبه کرده و یک سیاهچاله خلق می کند.

تصور هنرمند از فضای پیرامون یک سیاهچاله

دانشمندان نمی توانند به کمک تلسکوپ هایی که نور مرئی، اشعه ایکس یا سایر اشکال تابش الکترومغناطیس را آشکارسازی می کنند، به تماشای سیاهچله ها بپردازند. لیکن می توانیم با مطالعه اثر آنها بر سایر اجرام نزدیک به بودن آنها پی ببریم. اگر یگ سیاهچاله از درون ابری از مواد میان ستاره ای بگذرد، ماده را در فرایندی به نام درآشامیدن (accretion) به درون خود خواهد کشید. اگر ستاره ای معمولی از نزدیکی یک سیاهچاله بگذرد فرایند مشابهی روی خواهد داد. همچناکه ماده بسوی سیاهچاله فروافتاده، شتاب گرفته و گرم می شود، تابش اشعه ایکس قدرتمندی گسیل می کند. شواهد جدید نشان می دهند که سیاهچاله ها موجب ارسال انفجاری اشعه گاما از ماده فروبلعیده می شوند و باعث تولید ستاره های جدید در برخی نواحی می گردند.

پایان یک ستاره، آغاز یک سیاهچاله

بیشتر سیاهچاله ها از بقایای یک ستاره بزرگ پس از انفجار ابرنوستاره ای آن بوجود می آیند (ستارگان کوچکتر، به ستارگان نوترونی چگال تبدیل می شوند که برای به دام انداختن نور بقدر کافی جسیم نیستند). اگر جرم بقایای انفجار ابرنوستاره بیش از سه برابر جرم خورشید باشد، مطابق نظریه هیچ نیرویی نمی تواند از فروریزش گرانشی آن جلوگیری کند. لیکن با فروریزش ستاره اتفاق عجیبی رخ می هد. با نزدیک شدن سطح ستاره به یک سطح موهومی به نام افق رویداد (event horizon)، زمان روی ستاره نسبت به ناظران دوردست کندتر می شود. با رسیدن سطح ستاره به افق رویداد زمان متوقف می شود و ستاره دیگر بیش از آن چگالیده نمی شود. وقتی یک سیاهچاله و یک ستاره نوترونی با هم برخورد می کنند سیاهچاله جسیم دیگری ایجاد می شود.


افق رویداد یک سیاهچاله

سیاهچاله های ابرجسیم

اما یک راز بزرگ باقی می ماند. بنظر می رسد دو نوع سیاهچاله با تفاوت مقیاس عظیمی وجود دارند. از یک سو تعداد بی شماری سیاهچاله وجود دارند که از بقایای ستارگان جسیم تشکیل شده اند. این سیاهچاله های با "جرم ستاره ای" (stellar mass black holes) جرمی بین 10 تا 24 برابر خورشید دارند. دانشمندان وقتی آنها را آشکارسازی می کنند که اقدام به بلعیدن ماده پیرامون خود می نمایند. تخمین تعداد واقهی این سیاهچاله ها امر بسیار دشواری است لیکن دانشمندان حدس می زنند تعداد آنها تنها در کهکشان راه شیری باید بین 10 میلیون تا یک میلیارد عدد باشد.

در سوی دیگر این طیف غولهایی به نام سیاهچالگان ابرجسیم (supermassive black holes) وجود دارند که می توانند میلیونها و حتی بیلیون ها بار جسیم تر از خورشید باشند. ستاره شناسان بر این باورند که سیاهچاله‌های ابرجسیم در مرکز تقریبا تمامی کهکشان های بزرگ قرار دارند، حتی در مرکز کهکشان راه شیری ما. در مرکز کهکشان ستارگان بسیار به هم نزدیکترند. فاصله برخی ستارگان در مرکز یک کهکشان به حدود 400 میلیارد کیلومتر می رسد و اگر در مرکز کهکشان راه شیری زندگی می کردید آسمان شب را یک میلیون بار روشن تر می دیدید.

در چنین تراکم دهشتناکی از ستارگان، سیاهچاله مرکز کهکشان می تواند به آسانی گاز و غبار فراوانی را از ستارگان اطراف خود ببلعد. این مواد هنگام سقوط به سوی سیاهچاله به سرعتهایی نزدیک به نور می رسند و انرژی عظیم جنبشی آنها به شکل تابش اشعه ایکس و حتی گاما به دو طرف قرص سیاهچاله منتشر می شود. این تشعشع انفجاری تابش که قابل آشکارسازی است مهمترین دلیل بر وجود یک ابرسیاهچاله در مرکز هر کهکشان بزرگ است.

تنها تعداد انگشت شماری سیاهچاله ابرجسیم توسط دانشمندان کشف شده اند، لیکن در سراسر گیتی باید میلیاردها عدد از این غولهای گرانشی موجود باشد.

در مورد نحوه شکل گیری سیاهچاله های ابرجسیم نظریات مختلفی وجود دارد، از جمله برخورد چندین سیاهچاله و تلفیق آنها با یکدیگر. لیکن شیوه پیدایش آنها هنوز راز بزرگی باقیمانده است.

بزرگترین سیاهچاله ابرجسیمی که تاکنون کشف شده، TON 618 نام دارد که در فاصله 10.8 میلیارد کیلومتری زمین قرار دارد. این غول گرانشی بیش از 60 میلیارد برابر خورشید جرم دارد و در حقیقت یک کوآزار در مرکز کهکشان خود است.

نقطه درخشان آبی رنگ در مرکز تصویر کوازار حاوی ابرسیاهچاله TON 618 را نشان می دهد.

منابع اصلی:

 

https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes

https://www.space.com/supermassive-black-hole

 

نظریه نسبت عام چیست؟

نسبیت عام، شیوه ادراک آلبرت اینشتاین فیزیکدان از نحوه تاثیر گرانش بر بافت فضا-زمان است.

شبیه سازی اعوجاج فضا -زمان در اثر برخورد دو سیاهچاله

این نظریه که در سال 1915 توسط اینشتاین منتشر شد، بسطی بود بر نظریه نسبیت خاص او که ده سال پیش از آن منتشر شده بود. بنا بر نظریه نسبیت خاص، فضا و زمان بطرزی ناگشودنی در هم تنیده اند اما این نظریه شامل توضیحی برای پدیده گرانش نمی شد. اینشتاین ده سال وقت صرف تبیین این واقعیت کرد که اجرام بویژه جسیم چگونه بفت فضا-زمان را در هم می پیچند، اعوجاجی که به صورت گرانش خود را نشان می دهد.

برای درک نسبیت عام ابتدا باید با گرانش شروع کنیم، نیروی جاذبه ای که دو جسم برهم وارد می کنند. سرایزاک نیوتون گرانش را در همان متنی تشریح کرده بود که سه قانون حرکت خود را ارائه کرد: پرنسیپیا یا کتاب اصول که از مهمترین آثار کلاسیک علمی جهان محسوب می شود.

نیروی گرانشی که دو جسم را به هم می کشد به میزان جرم و فاصله میان آنها بستگی دارد. در حالی که زمین شما را به سمت خود کشیده و به محکمی بر روی سطح خود نگاه می دارد، مرکز جرم شما نیز با نیرویی یکسان زمن را بسوی خود می کشد. اما زمین بسیار جسیم تر نیروی کشش شما را بندرت حس می کند. قانون نیوتن چنین فرض می کند که گرانش یک نیروی ذاتی جسم است که در طول یک فاصله عمل می کند.

آلبرت اینشتاین در نظریه نسبیت خاص خود چنین تبیین کرد که قوانین فیزیک برای تمام ناظرین بدون شتاب یکسان عمل می کنند و نشان داد که سرعت نور درون خلاء ثابت بوده و به سرعت حرکت یک ناظر بستگی ندارد.

در نتیجه او چنین نتیجه گرفت که فضا و زمان در محیط یگانه پیوسته ای به نام فضا-زمان در هم تنیده شده اند و رویدادهایی که برای ناظری همزمان روی می دهند ممکن است برای ناظر دیگر در زمانهای متفاوتی رخ دهند.

اینشتاین با کار بر روی معادلات نظریه نسبیت عام به این واقعیت دست یافت که اشیای جسیم موجب اعوجاجی در فضا-زمان می شوند. تصور کنید که جسم بزرگی را در مرکز یک ترامپولین (تشک فنری بازی کودکان) قرار داده اید. جسم درون بافت تشک فرو رفته و منجر به گود شدن آن می شود. اگر تلاش کنید مهره ای را پیرامون لبه تشک به حرکت در آورید، مهره بسوی محل قرار گرفتن جسم در مسیری مارپیچی حرکت خواهد کرد، همانگونه که گرانش سیارات صخره های موجود در فضا را به سمت خود می کشد.

خمش فضا -زمان پیرامون زمین و ماه

از زمانی که اینشتاین نظریه خود را منتشر کرده است، دانشمندان پدیده های بیشماری را مطالعه کرده اند که تاییدی بر پیش بینی های نظریه نسبیت بوده است.

پدیده لنز گرانشی

نور پیرامون یک شیء جسیم مانند سیاهچاله خم شده و موجب می شود آن شیء بصورت یک لنز برای اشیای پشت سر خود عمل کند. ستاره شناسان از این روش بطور روتین برای مطالعه ستارگان و کهکشانهایی استفاده کرده اند که پشت سر اجرام جسیم قرار دارند.

مثالی عالی از پدیده لنز گرانشی، صلیب اینشتاین است، یک کوآزار که در صورت فلکی پگاسوس قرار دارد. این کوآزار اکنون طوری دیده می شود که در 11 میلیارد سال قبل بود، کهکشانی که جلوی کوآزار قرار دارد ده بار به زمین نزدیکتر است. از آنجایی که این دو جسم عظیم به خوبی در یک راستا قرار دارند، چهار تصویر از کوآزار پیرامون کهکشان دیده می شود زیرا گرانش قدرتمند کهکشان نور آمده از سوی کوآزار را خم می کند.

در مواردی مانند صلیب اینشتاین، تصاویر متفاوت اشیای تولید شده توسط لنز گرانشی بطور همزمان دیده می شوند. دانشمندان نمونه های دیگری از پدیده لنز گرانشی را مشاهده کرده اند که نور سیر کرده در اطراف لنز مسیرهای متفاوتی با طول متفاوت را طی می کند و تصاویر مختلف در زمانهای متفاوتی به ناظر زمینی می رسند، مانند مورد بسیار جالب یک ابرنوستاره.

 

 

پدیده شگرف صلیب اینشتاین

مدار سیاره تیر در طول زمان به علت انحنای فضا زمان پیرامون خورشید، به شیوه ای بسیار تدریجی تغییر می‌کند. به عنوان نزدیکترین سیاره به خورشید، تیر در نزدیکترین نقطه خود به خورشید (نقطه حضیض که perihelion نیز نامیده می شود) مسیری اندکی متفاوت در طول زمان طی می کند. تحت پیش بینی‌های قانون نیوتن، نیروهای گرانشی در دستگاه خورشیدی باید باعث تغییر در مدار تیر به اندازه 5600 ثانیه قوسی در هر قرن شوند. لیکن یک انحراف 43 ثانیه اس در هر قرن مشاهده می شود که تنها با نظریه نسبیت عام اینشتاین قابل پیش بینی است. با استفاده از نظریه انحنای فضا-زمان اینشتاین، تغییر مداری تیر در نقطه حضیض خود باید از مقدار پیش بینی شده توسط نیوتن اندکی بیشتر باشد، زیرا سیارات دور خورشید در یک مدار ایستای بیضوی دوران نمی کنند. در چند میلیارد سال آینده این انحراف مداری باعث خواهد شد درونی ترین سیارات دستگاه خورشیدی با خورشید یا سایر سیارات برخورد کنند.

چرخش یک جسم سنگین مانند سیاره زمین باعث پیچش و اعوجاج فضا-زمان پیرامون آن می شود. در 2004 ناسا پراب گرانشی GP-B را به فضا پرتاب کرد. ژایروسکوپهای محورهای ماهواره به دقت کالیره شده بودند و در طول زمان به مقدار بسیار اندکی دچار رانش می شدند. این یافته ها با نظریه اینشتاین کاملا تطابق داشت. برای توضیح ایم موضوع تصور کنید زمین داخل عسل شناور است. با چرخش سیاره، عسل پیرامون آن دچا جریانهای گرابی می شود و همین اتفاق در مورد فضا زمان روی می دهد. ماهواره مزبور دوتا از بنیادی ترین پیش بینی های عالم اینشتاینی را تایید کرد که در گستره فضای بیکران تاثیرات بسیار بزرگتری دارند.

انتقال قرمز گرانشی

تشعشع الکترومغناطیسی یک شیء داخل یک میدان گرانشی اندکی کشیده می شود. امواج صوتی را که از یک بوق نصب شده روی خودوری اورژانس نصب شده متصور شوید. وقتی خودرو بسوی یک ناظر حرکت می کند، امواج صوتی فشرده یم شوند اما با دور شدن خودرو این امواج کشیده می گردند. این امر باعث انتقال طیف امواج بسوی فرکانس بالاتر یا انتهای قرمز می شود. این اثر که به نام اثر داپل موسوم استدر مورد امواج نوری با تمام فرکانس ها نیز روی می دهد.

در دهه 1960 رابرت پاوند و گلن ربکا اشعه های گاما را ابتدا بسوی پایین و سپس بالای یک برج در دانشگاه هاوارد شلیک کردند. طبق یافته های آنان فرکانس این امواج بر اثر اعوجاجات ناشی از گرانش کمی تغییر یافت.

 

امواج گرانشی

اینشتاین پیش بینی کرد که رویدادهای آشوبناک مانند برخورد دو سیاهچاله، ارتعاشاتی در فضا-زمان به نام امواج گرانشی تولید می کنند و در 2016 رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنجی لیزری (LIGO) اعلام داشت که چنین سیگنالی را برای اولین بار آشکارسازی کرده است. این رصدخانه که تسهیلاتی دوگانه در لوئیزیانا و واشنگتن دارد اخیرا در فرایند کالیبره شدن است تا نتایج بهتری از آن حاصل شود.

از آن زمان تاکنون دانشمندان در LIGO و Virgo در 50 مورد امواج گرانشی را آشکارسازی کرده اند که ناشی از برخورد اجرام بسیار جسیم در فضا بوده است.

مشاهده ستارگان نوترونی

در 2021 پژوهشی که در نشریه Physical Review X منتشر شد بسیاری از پیش بینی های اینشتاین را با مشاهده یک سیستم پولسار دوتایی (ستارگانی که بطور مرتب پالس ارسال می کنند) که حدود 2400 سال نوری از زمین داشت به چالش گرفت. هرکدام از هفت پیش بینی نظریه نسبیت عام اینشتاین توسط یافته های این مطالعه تایید شد. پولسارها نوعی ستاره نوترونی هستند که پرتوهای تشعشع الکترومغناطیسی از دو قطب خود صادر کرده و پالس های منظم صادر می کنند.

تصویرسازی هنرمند از یک ستاره نوترونی

پولسارها بسیار سریع حدود 44 بار در ثانیه به دور خود می گردند و 30 درصد سنگین تر از خورشید هستند در حالی که قطر آنها تنها حدود 24 کیلومتر است! بنابراین بسیار چگال هستند. در نتیجه کشش گرانشی آنها بسیار نیرومند است و برای مثال در سطح یک ستاره نوترونی کشش گرانشی یک میلیارد بار قوی تر از سطح زمین است. این امر ستارگان نوترونی را اجسامی ایده آل برای آزمون نظریات اینشتاین در مورد خمش نور توسط انحنای فضا-زمان می نماید. دانشمندان توانسته اند خمش نور به میزان 0.04 درجه توسط کشش گرانشی یک ستاره نوترونی را بدقت اندازه گیری کنند، مشاهده ای که برای نخستین بار در تاریخ علم صورت گرفته است.

منبع: Live Science

کوازارها: درخشان ترین اجرام آسمان

تلسکوپ فضایی هابل این تصویر را از کوآزار 3C 273 ثبت کرده است. این کوآزار در فاصله 2.5 میلیارد سال نوری از ما قرار دارد و با این وجود نزدیکترین کوآزار به ما و نخستین کوآزاری است که در سال 1960 توسط آلن سندیج کشف شده است.

درخشندگی خیره کننده آنها به قدری است که کهکشان محتوی آنها را تحت الشعاع قرار می دهد. کوآزارها اجرام بسیار دوری هستند که توان خود را از سیاهچاله های ابرجسیمی می گیرند که میلیاردها برابر خورشید جرم دارند. این موتورهای نیرومند از زمان کشف توسط ستاره شناسان در حدود نیم قرن پیش همواره تحیر آنها را برانگیخته اند.

در دهه 1930 کارل ژانسکی فیزیکدانی از آزمایشگاههای تلفن بل متوجه شد که تداخل ایستا در تلفن بین قاره ای از نقطه ای در کهکشان راه شیری می آید. با آغاز دهه 1950 ستاره شناسان شروع به کاوش جهان توسط رادیوتلسکوپها کردند و سیگنالهای دریافتی از دنیای بیرون را مشاهدات چشمی خود تطبیق دادند.

لیکن برخی از منابع رادیویی نقطه ای با شواهد چشمی تطبیق نداشتند. ستاره شناسان آنها را به نام منابع رادیویی ستاره مانند یا کوآزار نامیدند زیرا سیگنالهای آنها مانند ستاره از یک نقطه می آمدند. لیکن این نام چندان مناسب نبود زیرا امروزه معلوم شده تنها 10 درصد کوآزارها امواج رادیویی گسیل می کنند.

اما نامگذاری مزبور کمکی به شناخت آنها نکرد. چندین دهه طول کشید تا ستاره شناسان دانستند خواص این اشیای دوردست توسط ذراتی ایجاد می شوند که با سرعتهایی نزدیک به سرعت نور شتاب یافته اند.

جت هایی با سرعت نور

دانشمندان اکنون بر این باورند که شاید این نقاط درخشنده آسمان، سیگنالهایی صادر شده از هسته کهکشانی باشند که نور آنها از کهکشان میزبان خود نیز بیشتر است. کوآزارها تنها در کهکشانهایی با سیاهچاله های ابرجسیم وجود دارند، سیاهچاله هایی که چندین میلیارد برابر خورشید ما جرم دارند. گرچه نور نمی تواند از خود سیاهچاله بگریزد، برخی سیگنالها می توانند از لبه آن فرار کنند. در زمانی که غبار و گاز کیهانی به درون سیاهچاله فرو می افتند، انرژی آزاد شده از فروافتادن آنها برخی ذرات دیگر را با سرعتی نزدیک به نور از لبه سیاهچاله به بیرون می راند. این ذرات در دو باریکه جت مانند از بالا و پایین سیاهچاله منتشر شده و توسط یکی از نیرومندترین شتابدهنده های ذره در عالم رانده می شوند.

کوآزارها در مناطقی از عالم شکل می گیرند که چگالی بسیار عظیم تر از میانگین در آنجا وجود دارد. بیشتر :وآزارهای یافت شده میلیاردا سال نوری از ما فاصله دارند. از آنجایی که نور آنها با تاخیر بسیار طولانی به ما می رسد، مطالعه این اشیا در عالم همانند ماشین زمان عمل می کند. یعنی این اشیا را در حالی می بینیم که میلیاردها سال قبل وجود داشته اند. هرچه کوآزاری دوورتر باشد امکان م یدهد گذشته دورتری را ببینیم. حدود 2000 کوآزار شناخته شده وجود دارند. کهکشان راه شیری احتمالا زمانی میزبان کوآزاری در مرکز خود بوده که اکنون ساکت شده و سیگنالی گسیل نمی کند.

در دسامبر 2017 دورترین کوآزار در فاصله 13 میلیارد سال نوری از زمین کشف شد. این کوآزار که J1342+0928 نام گرفته احتمالا حدود 690 میلیون سال پس از مهبانگ ایجاد شده است. کوآزاری چنین جوان می تواند اطلاعات با ارزشی در مورد تکامل کهکشانها در اختیار ما قرار دهد.

کوآزارها انرژی هایی در اندازه میلیونها، میلیاردها یا حتی تریلیون ها الکترون ولت از خود ساتع می کنند. این انرژی از کل نور صادره توسط تمامی ستارگان یک کهکشان بیشتر است. به عنوان روشن ترین اجسام آسمان با درخشندگی بیش از 10 تا 100 هزار برابر کهکشان راه شیری می درخشند. برای مثال اگر کوآزار 3C 273 در فاصله 30 سال نوری از ما قرار می گرفت، به درخشندگی خورشید در آسمان می بود.

درخت خانوادگی

کوآزارها رده ای از اجرام شناخته شده به عنوان هسته های فعال کهکشانی (AGN) هستند.سایر این رده ها شامل سیفرت ها و بلازارها می شوند. تمام این سه رده از اجرام آسمانی دارای ابرسیاهچاله هایی در مرکز خود هستند.

کهکشانهای سیفرت کم انرژی ترین AGN ها هستند که تنها حدود 100 کیلوالکترون ولت انرژی ساتع می کنند. بلازارها انرژی به مراتب بیشتری دارند. برخی دانشمندان بر این باورند که هر سه نوع هسته های فعال کهکشانی همانند هستند لیکن جت ذرات پرانرژی آنها با زوایای متفاوتی از ما قرار دارند که میزان انرژی سیگنالهای دریافتی از آنها را متفاوت می سازد.

منبع:

https://www.space.com/17262-quasar-definition.html

 

کوآزارها، اجرام شگفت آسمان

ترجمه و توضیح: اصغر ناصری asna50@yahoo.com

برگرفته از space.com

 

کوآزارها اشیایی بسیار دوردست و نورانی هستند، آنچنان نورانی که نور کهکشان خود را تحت الشعاع قرار می دهند. کوازارها توان بی مانند خودرا از سیاهچاله هایی می گیرند که تا یک میلیارد برابر خورشید ما جرم دارند و این موتورهای نیرومند از ابتدای کشف خود در حدود یک قرن پیش، ستاره شناسان را در بهت و حیرت فروبرده اند.

 

در سالهای دهه 1930 کارل یانسکی، یک فیزیکدان از آزمایشگاه های تلفن بل تداخلات ایستایی در خطوط تلفن فرااقیانوس کشف کرد که از کهکشان راه شیری می آمدند. تا سالهای دهه 1950 ستاره شناسان از رادیوتلسکوپ برای کاوش در آسمانها استفاده کرده و در تلاش بودند منابع سیگنالهای آسمانی را به اجرام قابل مشاهده نسبت دهند.

 

لیکن برخی منابع کوچکتر فعالیت های رادیویی قابل انتساب به هیچ شی آسمانی قابل مشاهده ای نبودند. ستاره شناسان این ها را "منابع رادیویی شبه ستاره ای" یا "کوازار" (quasar) نامیدند زیرا  سیگنالهای آنها از یک نقطه مانند ستاره می آمدند. سالها طول کشید تا دانشمندان دریافتند که این سیگنالهای دوردست توسط ذراتی شتاب یافته با سرعتهایی نزدیک به  سرعت نور تولید می شوند.

 

جت هایی با سرعت نور

 

دانشمندان اکنون احتمال می دهند که این منابع سیگنالهای نقطه ای در اصل در هسته کهکشانها واقعند. کوآزارها تنها در کهکشانهایی با سیاهچاله های بسیار پرجرم یافت می شوند – سیاهچاله‌هایی که جرمی میلیاردها برابر خورشید ما دارند. گرچه نور نمی تواند از خود سیاهچاله بگریزد، از لبه‌های آن برخی از سیگنالها قادر به فرار می شوند. سیاهچاله ها در اطراف خود دارای فضایی به نام شعاع شوارتزشیلد هستند که هر جرمی یا نوری که وارد این فضا شود دیگر قادر به گریختن از میدان گرانشی پرتوان سیاهچاله نخواهد بود. در حالی که بخشی از غبار و گاز کهکشانی به داخل سیاهچاله فرو می افتد، پیش از ورود به شعاع شوارتزشیلد با اصطکاک با مواد پیرامونی خود آنها را بشدت گرم و انرژی دار می کند. این ذرات پیرامونی در اثر انرژی کسب کرده شتاب بزرگی کسب نموده و دارای سرعتهایی در حدود سرعت نور می شوند. بدین ترتیب ذرات شتاب یافته بصورت دو جت پرقدرت از بالا و پایین دیسک سیاهچاله به خارج جریان می یابند. از این رو چنین سیاهچاله ای را می‌توان پرقدرت ترین شتاب دهنده ذرات در عالم دانست.

 



بیشتر کوآزارهای یافت شده میلیاردها سال نوری از ما فاصله دارند. از آنجایی که میلیاردها سال طول کشیده تا نور آنها به ما برسد، مطالعه این اشیای دوردست مانند یک ماشین زمان می ماند: ما این اشیا را در وضعیتی نظاره می کنیم که میلیاردها سال قبل داشته اند. بنابراین می توانیم وقایع میلیاردها سال قبل را به چشم ببینیم. بیشتر از 2000 کوازار در کیهان یافت شده اند.کهکشانی مانند راه شیری احتمالا زمانی میزبان یک کوآزار خاموش بوده است.

 

کوآزارها انرژی معادل میلیونها، میلیاردها و شاید تریلیونها الکترون ولت ساطع می کنند. این انرژی از کل انرژی نورانی ستارگان داخل کهکشان فراتر می رود. نورنی ترین اشیای موجود در کیهان از 10 تا 100 هزار برابر درخشان تر از راه شیری هستند.

 

درخت خانوادگی

 

کوآزارها در رده ای از اجرام  آسمانی به نام هسته فعال کهکشانی (AGN=Active Galactic Nuclei) جای می گیرند. سایر رده ها عبارتند از کهکشان های سیفرت و بلیزارها (blazar). تمام این اجرم، توان خود را از سیاهچاله های عظیم در مرکز خود می گیرند.

 

کهکشانهای سیفرت دارای کمترین انرژی در بین این انواع سه گانه هستند. بیشتر دانشمندان بر این باورند که هر سه نوع کوآزارها، سیفرت ها و بلیزارها درحقیقت یک نوع AGN هستند و  تنها سوی گسیل انرژی آنها به طرف ماست که فرق می کند.