Quasarii

Un quasar este un nucleu galactic activ îndepărt, care emite enorme cantități de energie. Quasarii au fost identificați inițial ca surse cvasi-punctiforme de radiație electromagnetică (incluzând unde radio și lumină vizibilă), asemănătoare prin aceasta stelelor, mai curând decât galaxiilor, care sunt surse extinse. Asfel se explică numele de quasar, o contracție a denumirii în limba engleză quasi-stellar radio source (sursă radio cvasi-stelară). Natura acestor obiecte a fost inițial controversată, rămânând astfel până în anii 1980. Astăzi există un consens științific în această privință: un quasar este o regiune compactă, cu rază de 10 până la 10.000 de ori raza Schwarzschild a găurii negre supermasive din galaxie, alimentată prin discul de creștere
Quasarii sunt prin excelență obiecte cosmice foarte îndepărtate. Cel mai apropiat quasar (din cei peste 120.000 recenzați până acum[1] se află la o distanță de 240 megaparseci, (~ 780 milioane de ani lumină), iar cel mai îndepărtat (numit CFHQS J2329-0301, cu un decalaj spectral de 6,3 [2]) la aproape 13 miliarde de ani lumină. Dacă se ia în considerare că Universul s-a născut în urmă aproximativ 13,7 miliarde de ani, înseamnă că lumina acestui ultim quasar a fost emisă când Universul avea mai puțin de 1 miliard de ani. Astronomii din echipa franco-canadiană care a descoperit acest quasar estimează că masa totală a găurii negre din centrul său atinge cam 500 de milioane de mase solare.
Cel mai luminos quasar observat vreodată (botezat 3C 273 și aflat în constelația Virgo) are o magnitudine absolută de circa 12,9, însă o magnitudine relativă de –26,7. Asta înseamnă că dacă acest obiect celest ar fi la o distanță de aproximativ 33 de ani lumină de Terra, ar lumina la fel de intens precum Soarele.
Prin 1962, astronomul australian Cyril Hazard de la Universitatea Sydney, cerceta cerul cu ajutorul unui radiotelescop. Într-una din nopţi a găsit o radiosursă puternică pe care, datorită imperfecţiunilor echipamentului, nu a putut să o localizeze cu precizie. El a remarcat că, ori de câte ori Luna acoperea constelaţia Fecioara, emisia misterioasă înceta. Astfel, el a ajuns la concluzia că radiosursa se afla undeva pe direcţia amintitei constelaţii. Pentru măsurători mai precise, el a apelat la John Bolton, directorului unui radiotelescop nou-nouţ, construit la Parkes, Australia. Cei doi cercetători încercau să descopere corpul ceresc capabil să emită semnale radio atât de intense. Nici noul radiotelescop nu era destul de precis. De aceea, s-au gândit să apeleze din nou la Lună. Marcând cu precizie momentele de dispariţie şi de apariţie a semnalelor, se puteau calcula coordonatele misteriosului obiect. Pe coordonatele calculate a fost descoperit un corp ceresc catalogat sub indicele 3C273.
O data ce ştirea descoperirii obiectului 3C273 s-a răspândit in lumea astronomilor, mai multe telescoape s-au îndreptat spre cer în căutare de informaţii suplimentare. Astronomul Maarten Schmidt, de la Observatorul Mount Palomar, i-a înregistrat (măsurătoare banală ) spectrul în domeniul vizibil. Analizând spectrograma, Schmidt s-a trezit in fata unui rezultat cu totul neaşteptat: liniile spectrale erau puternic deplasate spre roşu. Şi cum de la Hubble încoace ştim ca spectrul unui obiect cosmic este cu atât mai decalat spre roşu cu cât se află mai departe de noi, atunci obiectul nostru ar trebui să se afle îngrozitor de departe. Calculând distanţa corespunzătoare şi raportând-o la cantitatea de radiaţie recepţionată, Schmidt a constatat că 3C273 ar emite mai multă energie decât câteva sute de galaxii mari! Prima sursă cvasistelară îşi începea drumul în lucrările de specialitate, în manualele de astronomie şi, desigur, în articolele de popularizare a ştiinţei.
Din acest moment astronomii au căutat şi au descoperit numeroşi quasari. La unii dintre ei s-a constatat un lucru ciudat. Luminozitatea lor, în domeniul radiaţiei X, varia foarte brusc. Aceasta creştea de câteva zeci de ori în numai câteva zile. Deoarece nici o perturbaţie nu se propagă mai repede decât lumina, rezulta că sursa emiţătoare nu ar trebui să fie mai mare de câteva săptămâni-lumină. Mister. Problema cu misterele este că trebuie să le găseşti o explicaţie raţională. Să sistematizăm un pic lucrurile.
În domeniul quasarilor, astronomii au identificat, în cele din urmă, câteva probleme principale. În acest moment ei caută să răspundă la numai 4 întrebări:
1.Ce legătură există între quasari, stele si galaxii?
2.Cât timp pot emite quasarii cantităţile uriaşe de energie măsurate de astronomi?
3.Pe o rază de un milion de ani-lumină au existat în trecut de 1000 de ori mai multi quasari decât în prezent. De ce sunt ei mai puţin numeroşi în prezent decât în trecut?
4.Cum produc quasarii uriaşa cantitate de energie disipată în spaţiu?
Aceste întrebări scurte şi clare impun răspunsuri pe măsură. Din păcate, la nivelul actual al cunoaşterii, lucrurile nu sunt nicidecum atât de simple cum ne-am dori. Aşa că ne întoarcem la subiectul nostru preferat.
Una dintre primele ipoteze, emisă la scurt timp după descoperirea întâiului quasar, presupunea că aceştia se adăpostesc în centrul unor galaxii, foarte probabil in nucleu. Un timp s-a încercat să se demonstreze ca multe dintre fenomenele observate la quasari se produc, într-o forma atenuată, şi în nucleele active ale unora dintre galaxiile gigante din apropierea Căii Lactee. Cu aceasta ocazie, s-au descoperit o sumedenie de tipuri de nuclee galactice active. Unii specialişti cred că procesele ce au loc în cadrul lor sunt faze iniţiale ale dezvoltării quasarilor. Alţii susţin că nucleele galactice active nu au nici o legătură cu quasarii. Argumentul acestora din urmă este greu de combătut: luminozitatea quasarilor este cu mult mai mare decât cea a nucleelor galactice active.
În 1973, Jerry Kristian, de la Observatorul Mount Palomar, a arătat că, dacă într-adevăr quasarii s-ar adăposti în centrul anumitor galaxii, atunci imaginile quasarilor mai apropiaţi ar trebui să prezinte un fel de halou difuz, provocat de stelele din galaxia gazda. Din păcate, proba este foarte greu de făcut, Un obiect atât de luminos, cum este quasarul, va masca lumina mult mai slabă, emisă de stelele învecinate. Şi apoi, telescoapele terestre sunt orbite de atâta atmosferă. Ne rămâne o singură cale de a detecta fenomenul amintit: telescopul Hubble, în care astronomii şi-au pus toate speranţele pentru descifrarea enigmelor Universului.
Fiind plasat în spaţiu, dincolo de ecranul atmosferic, acesta ne poate oferi imagini extrem de clare ale cosmosului îndepărtat.
O altă ipoteză interesantă este legată de existenţa unor găuri negre gigantice, cu masa de un miliard de ori mai mare decât cea a Soarelui şi cu dimensiuni neglijabile, care absorb toata materia din spaţiul înconjurător. Conform calculelor, 40% din materia atrasă de gaura neagră se transformă în energie pură. Acest mecanism este de 100 de ori mai eficient decât reacţiile termonucleare, care se produc în stele. Această ipoteza are slăbiciunea ei: o gaură neagră ar absorbi rapid toată materia din jur, iar quasarul ar „muri” de tânăr.
Acum avem două ipoteze. Care dintre ele se apropie mai mult de adevăr?
Aşa cum spuneam, astronomii şi-au pus toate speranţele in telescopul spaţial Hubble, care, neperturbat de atmosfera terestră, ar fi trebuit să ne ofere informaţii detaliate despre Universul îndepărtat. Din păcate, imediat după plasarea sa pe orbită, în 1990, s-au constatat grave erori de proiectare, care l-au transformat într-un fel de deşeu cosmic îngrozitor de scump. Cum menirea inginerilor este tocmai aceea de a găsi soluţii pentru propriile lor greşeli si la probleme de nerezolvat, cei de la NASA s-au pus pe treabă şi, la numai 3 ani, în 1993, astronauţii americani reparau, pe orbita, uriaşul telescop.
Deşi Hubble este o unealtă fără egal, problemele nu se sfârşesc aici. Imaginaţi-vă că trebuie să identificaţi marca unui automobil care se deplasează printr-o ninsoare densă, cu farurile aprinse. Veţi face cât mai multe fotografii ale automobilului. Apoi veţi analiza pe calculator fiecare imagine în parte, le veţi suprapune una peste alta (pentru „intensificarea” detaliilor care se repetă în mai multe imagini) şi veţi căuta să „extrageţi” lumina farurilor. În imaginea rămasă veţi putea, eventual, să recunoaşteţi marca automobilului. Cam aşa fac şi astronomii. Şi ce au găsit ei?
Astronomul Michael Disney, de la Universitatea din Cardiff, Marea Britanie, a analizat imaginile a 34 de quasari şi, analizându-le după metodologia indicată mai sus, a constatat că 75% dintre ei aveau un halou difuz şi slab, întocmai ca cel prezis de Jerry Kristian. Deci mulţi quasari sunt adăpostiţi de galaxii gazdă. Mai mult decât atât, s-a mai descoperit un lucru interesant. Foarte multe „gazde”, aproape 75%, interacţionau puternic cu galaxii învecinate sau, altfel spus, se ciocneau între ele. Imaginile au arătat că, în acest caz, stelele şi gazul interstelar sunt atrase către o gaură neagră aflată în centrul uneia dintre galaxii. Deci am ajuns acum şi la confirmarea celei de-a doua ipoteze. Acest ultim mecanism explică variaţia numărului de quasari pe măsura îmbătrânirii Universului. Galaxiile nu au apărut imediat după Big Bang, ci ceva mai târziu. De aceea, cei mai îndepărtaţi quasari se află la cel mult 11 miliarde de ani-lumină de noi. Pe măsură ce se formau galaxiile, numărul de ciocniri dintre ele creştea, ceea ce a dus la apariţia unui număr mare de quasari. Şi, în sfârşit, astăzi, deoarece expansiunea Universului a dus la mărirea distanţelor intergalactice şi, implicit, la scăderea probabilităţii unei ciocniri, avem un număr mai redus de quasari.
Pe de altă parte, astronomii cred că au reuşit să detecteze obiectele cosmice rezultate în urma consumării combustibilului quasarilor. Astfel, galaxia eliptică, M87, aflată în centrul constelaţiei Fecioara, la 50 de milioane de ani-lumină de Pământ, are un nucleu activ care emite energie pe aceeaşi gamă de lungimi de undă ca un quasar, dar cu o intensitate de 1000 de ori mai mică. Analizând spectrul acestui nucleu, ei au constatat o deplasare spre albastru pe o parte a nucleului (ceea ce înseamnă că el se apropie de Pământ), în timp ce pe partea diametral opusă au constatat spre roşu (ceea ce semnifică o îndepărtare de Pământ). Interpretarea acestui fenomen este simplă: avem de-a face cu un uriaş disc de gaz fierbinte, aflat în mişcare de rotaţie rapidă. Dar el ar trebui să se destrame din cauza forţei centrifuge. Ceva îi menţine coeziunea, iar acel ceva nu poate fi altceva, conform calculelor, decât o gaură neagră cu o masă echivalentă cu 3 miliarde de mase solare…Un asemenea obiect ar trebui să declanşeze mecanismul energetic al unui quasar. Sau, altfel spus, nucleul galaxiei M87 a fost cândva, acum câteva miliarde de ani, un quasar care şi-a risipit energia în Univers. Acum a murit şi noi nu-i vedem altceva decât cenuşa…