A kvazárok vagy kvázi-csillagászati rádióforrások a legenergikusabb és legtávolabbi aktív galaktikus magok (AGN). Jelentős energiakibocsátásuk és nagy távolságuk miatt a kvazárok alapvető forrásai az univerzum korai történéseinek és a fekete lyukak növekedésének vizsgálatának.

Mi az a kvazár?

A kvazár egy rendkívül kompakt, nagyon fényes régió egy galaxis központjában. Bár a kibocsátott energiához képest kicsi a kiterjedésük, fényességük sok esetben meghaladja a környező galaxis teljes fényességét. A kvazárok jellegzetessége a széles spektrális sugárzás – rádió-, optikai, UV, röntgen- és néha gamma-tartományban is mérhetők.

Felépítés és működés

A tudósok ma már egyetértenek abban, hogy a kvazár egy tömör régió egy masszív galaxis közepén, amely egy központi szupermasszív fekete lyukat vesz körül. Mérete tipikusan a fekete lyuk Schwarzschild-sugarának 10–10 000-szerese lehet, tehát kiterjedése a csillagászati értelemben kicsi, mégis óriási energiatermelés forrása.

A kvazár energiája elsősorban a gravitációs energia, amely a fekete lyuk körüli akkréciós korongra hulló tömegből származik. Az akkréciós korong belső részeiben a gáz és por belső súrlódás és mágneses folyamatok hatására felmelegszik, így termikus sugárzást produkál (főleg UV–optikai tartományban). Emellett relativisztikus sugarak (jetek) is kialakulhatnak, amelyek szinkrotron- és inverz Compton-sugárzást adnak, különösen rádió- és röntgentartományban.

A központi szupermasszív fekete lyukak akkréciós korongjai az objektum tömegének mintegy 10%‑át képesek energiává alakítani — ez rendkívül hatékony energiaátalakítás a csillagok nukleáris fúziójához képest. Emiatt a kvazárok extrém fényesek még viszonylag kis tömegtömegek elnyelése esetén is.

Megfigyelési tulajdonságok és spektrum

A kvazárok rendkívül fényesek. Először úgy azonosították őket, mint nagy vöröseltolódású elektromágneses sugárzás forrásait, beleértve a rádióhullámokat és a látható fényt. A fény (és más energia) csillagokhoz hasonlónak tűnt, nem pedig olyan nagy forrásoknak, mint a galaxisok, innen ered a "kvázi-csillag" elnevezés.

Jellemző megfigyelési jelek:

  • Spektrum: széles emissziós vonalak (a Broad Line Region miatt) és néha keskeny vonalak (Narrow Line Region), tipikus vonalak a Lyα, CIV, Mg II, Hβ stb.
  • Kontinuum: sokkvartumú, gyakran erős UV–optikai forrás, kemény röntgen-komponenssel.
  • Variabilitás: fényességük napi-hetes-hónapos skálán változhat, ami a kis méretre utal.
  • Radio-loud vs. radio-quiet: a kvazárok egy része erős rádióforrást (jetet) mutat; a rádiós kvazárok aránya ~10–20% körüli.

Méretek, tömegek és időskálák

A kvazárok központi fekete lyukainak tömege tipikusan 10^6–10^10 naptömeg között van. A fényesség és a variabilitás vizsgálata (illetve reverberációs térképezés) segítségével meghatározhatók a fekete lyuk tömegei és az akkréció sebessége (Eddington-hözam). A nagy fényességű kvazárok gyakran közel vagy akár meghaladják az Eddington-luminozitás töredékét vagy egészét.

Típusok és unifikáció

A kvazárokat az AGN-család részének tekintjük; az AGN különböző osztályai (például Seyfert-galaxisok, rádiógalaxisok, blazárok) sokszor ugyanazon fizikai alapokon nyugszanak, csak a megfigyelési szögtől, a környezettől és az akkréció állapotától függenek (az ún. unifikációs modell szerint). A blazárok például olyan kvazárok, amelyeknél a relativisztikus jet közel van a látóirányunkhoz, ezért erős variabilitást és polározált sugárzást mutatnak.

Kvazárok a kozmológiában és a galaxisok életében

A kvazárok különösen gyakoriak voltak a korai világegyetemben. A kvazáraktivitás csúcsa a kozmikus idő ~2–3-as vöröseltolódásnál (kb. 10 milliárd évvel ezelőtt) következett be, amikor rengeteg gáz állt rendelkezésre a gyors fekete lyuk-növekedéshez.

  • Fekete lyuk-növekedés: a kvazáridőszakok alatt a szupermasszív fekete lyukak rövid idő alatt hatalmas tömeget gyűjthetnek össze.
  • Visszacsatolás (feedback): a kvazárokból származó sugárzás, szelek és jetek képesek az anya-galaxis gáztartalmát felfűteni vagy kipréselni, ami befolyásolja a csillagképzést — ez a mechanizmus fontos szerepet játszhat a galaxisok fejlődésében és a csillagképzés leállításában (quenching).
  • Reionizáció: a legkorábbi kvazárok hozzájárulhattak az univerzum reionizációjához, bár a jelenlegi eredmények szerint valószínűleg nem ők voltak az egyedüli vagy domináns források.

Megfigyelések, történet és mérések

A kvazárokat először rádióforrásokhoz társítva fedezték fel; az egyik első és legismertebb korai azonosítás 3C 273 volt (Maarten Schmidt, 1963), amely megmutatta, hogy ezek nagyon nagy vöröseltolódású, tehát távoli objektumok. Azóta a kvazárok tanulmányozása több hullámban (rádió, optikai, infravörös, röntgen) fejlődött.

Gyakori vizsgálati módszerek:

  • Spektroszkópia – vöröseltolódás és vonalprofilok meghatározása.
  • Reverberációs térképezés – a BLR méretének és a fekete lyuk tömegének becslése.
  • Szinkron megfigyelések több hullámsávban – a teljes energia-megoszlás feltérképezéséhez.

Legmagasabb vöröseltolódású kvazárok

A korábbi évtizedek felfedezései alapján a legnagyobb vöröseltolódású ismert kvazár (2011 júniusában[frissítés]) vöröseltolódása 7,085, ami azt jelenti, hogy körülbelül 29 milliárd fényévre van a Földtől. Ez a becslés a komoving távolság fogalmával készült. Azóta további magas vöröseltolódású kvazárokat fedeztek fel (például z ≈ 7.5 körüli objektumok), amelyek az univerzum nagyon korai fázisait tárják fel és segítenek megérteni a korai fekete lyuk-növekedést és a galaxisok kialakulását.

Összefoglalás

A kvazárok a kozmikus történelem fontos jelzői: fényük, spektrális tulajdonságaik és változékonyságuk révén a szupermasszív fekete lyukak és az aktív galaxisok fejlődésének kulcsfontosságú megfigyelési ablakai. Bár ma sok galaxis — így a Tejútrendszer is — nyugalmi állapotban van, a bizonyítékok azt mutatják, hogy a legtöbb galaxis korábban áteshetett aktív, kvazárszerű fázison, amikor elegendő anyag táplálta a központi fekete lyukat és erős sugárzást generált.