کوازار یا اختروش:‌ درخشان‌ترین اجرام در عالم

همانطور که می‌دانید کیهان مملو از اجرامی است که هرکدام ویژگی‌های منحصر به فردی دارند. تاکنون در مقاله‌های پیشین تعدادی از این اجرام از جمله سیاهچاله‌ و کرم‌چاله را به تفصیل مورد بررسی قرار دادیم. حالا نوبت به اختروش‌ یا کوازار (Quasar) می‌رسد. این اجرام درخشان رموز بسیاری را در خود پنهان کرده‌اند که اهمیت مطالعه آن‌ها را برای ما دوچندان می‌کند.

اختروش یا کوازار چیست؟

اختروش‌ها یا کوازار اجرام دوردست و درخشانی هستند که از سیاهچاله‌هایی که یک میلیارد برابر جرم خورشید هستند، نیرو می‌گیرند. این اجرام به قدری درخشان هستند که می‌توان گفت نور کهکشان‌های دربرگیرنده خود را تامین می‌کنند.

کوازارها زیرمجموعه‌ای از هسته‌های کهکشانی فعال (AGN) هستند، هسته‌های کهکشانی بسیار درخشان که در آن گاز و غباری که در یک سیاهچاله عظیم می‌افتد، تابش الکترومغناطیسی را در سراسر طیف الکترومغناطیس منتشر می‌کند. گاز و گرد و غبار در نتیجه نیروهای گرانشی در هنگام سقوط در درون سیاهچاله از خود نور ساطع می‌کنند.

کوازارها را می‌توان به عنوان یکی از درخشان‌ترین اجرام کیهان دانست که معمولا هزاران برابر بیشتر از کل کهکشان راه شیری از خود نور ساطع می‌کنند. آن‌ها با درخشندگی فوق‌العاده و فاصله بسیار زیادشان از زمین از سایر AGNها متمایز می‌شوند.

نزدیکترین اختروش حدود چند صد میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و از آنجا که سرعت نور محدود است، این بدان معناست که آنچه ما از چنین کوازارهایی مشاهده می‌کنیم درحقیقت چند میلیون سال پیشِ آن‌هاست. فقدان اختروش‌های نزدیک‌تر به زمین به این معنا نیست که این گونه اجرام هرگز در منطقه کیهانی ما وجود نداشته‌اند، بلکه به این معناست که اختروش‌ها زمانی در نزدیکی ما بوده‌اند که کیهان جوان‌تر بود و کهکشان راه شیری به تازگی متولد شده بود. مطالعه اختروش‌ها بینش جالبی را در مورد تکامل کیهان در اختیار فیزیکدانان قرار می‌دهد.

تاریخچه کشف کوازارها

اختروش‌ها برای اخترشناسان به قدری جذاب هستند که از نیم قرن پیش تاکنون مطالعات گسترده‌ای در زمینه کشف و بررسی بیشتر آن‌ها انجام شده است.

در دهه ۱۹۳۰، «کارل جانسکی» فیزیکدانی که در آزمایشگاه‌های تلفن بل کار می‌کرد متوجه شد که تداخل استاتیک در خطوط تلفن ناشی از مشکل زمینی نیست، بلکه تابشی از اعماق کهکشان راه شیری سبب این تداخل شده است.

در دهه ۱۹۵۰، ستاره‌شناسان از تلسکوپ‌های رادیویی برای کاوش در آسمان‌ها استفاده می‌کردند. آن‌ها به دنبال این بودند که پیش‌بینی‌های نظری خود را با آنچه در آسمان مشاهده ‌می‌کنند تطبیق دهند. با این‌حال، توضیحی برای برخی اشیا که تابش داشتند وجود نداشت. اخترشناسان آن‌ها را «منابع رادیویی شبه‌‌ستاره‌ای» یا «اختروش» نامیدند (این اجرام با نام کوازار یا «quasar» نیز شناخته می‌شوند). این نامگذاری به این دلیل بود که سیگنال‌های مرتبط با این اجرام از یک مکان دور مانند یک ستاره می‌آمد.

اما به مرور زمان مشخص شد این نامگذاری اشتباه است. زیرا طبق گزارش‌ رصدخانه ملی نجوم ژاپن تنها ۱۰ درصد از اختروش‌ها امواج رادیویی قوی ساطع می‌کنند.

برای اخترشناسان سال‌ها طول کشید تا متوجه شوند این لکه‌های دور و درخشان که به نظر می‌رسد ستاره‌های دور هستند، درحقیقت اجرامی هستند که توسط ذراتی ایجاد شده‌اند که با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور شتاب گرفته و در کیهان حرکت می‌کنند.

«برام ونیمنس» ستاره‌شناس موسسه نجوم «ماکس پلانک» آلمان می‌گوید:‌ « اختروش‌ها از درخشان‌ترین و دورترین اجرام آسمانی شناخته شده هستند و در درک عالم اولیه کمک بسیار بزرگی به ما می‌کنند.»

مشاهده اختروش‌ها

در ادامه تلاش اخترشناسان برای بررسی اختروش‌ها، در سال ۲۰۱۹ اعلام شد که هابل درخشان‌ترین اختروش را در کیهان اولیه رصد کرده است. پس از ۲۰ سال جستجو، ستاره‌شناسان اختروش باستانی را با کمک عدسی گرانشی قوی شناسایی کردند.

پدیده عدسی یا لنز گرانشی درحقیقت یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام «آلبرت اینشتین» است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که نور یک جرم بسیار دور در مسیر خود تا رسیدن به چشم ناظر از کنار جسم پرجرمی مانند یک خوشه کهکشانی عبور می‌کند و مسیرش در اثر گرانش این جرم خمیده می‌شود زیرا جرم قادر است فضا-زمان را خمیده کند. جسم میانی که در این مثال یک خوشه کهکشانی بود عدسی یا لنز گرانشی نام دارد.

عدسی گرانشی درحقیقت یک کهکشان کم نور بود که درست میان اختروش و زمین قرار گرفته بود و نور اختروش را به گونه‌ای خم کرد تا سه برابر بزرگتر و ۵۰ برابر روشن‌تر به نظر برسد. مطالعه هابل از اختروش‌ها با کمک پدیده لنز گرانشی به درک ما از سرعت انبساط کیهان کمک می‌کند.

هر کوازار یک جت با سرعت نور

اخترشناسان امروزه باور دارند درخشش‌های ریز نقطه‌ای در واقع سیگنال‌هایی از هسته‌های کهکشانی هستند که از کهکشان‌های میزبان خود دور می‌شوند. مطالعات نشان داده است کوازار را تنها در کهکشان‌هایی می‌توان یافت که در مرکز خود سیاهچاله‌های ابر پرجرم دارند - سیاهچاله‌هایی که جرم آن‌ها چندین میلیارد برابر جرم خورشید است. اگرچه نور نمی‌تواند از خود سیاهچاله فرار کند، اما برخی از سیگنال‌ها می‌توانند از آن خارج شوند. درحالیکه مقداری غبار و گاز به درون سیاهچاله می‌ریزد، ذرات دیگر با سرعتی نزدیک به نور از آن دور می‌شوند.

«فایبان والتر» ستاره‌شناس از موسسه نجوم ماکس پلانک می‌گوید:‌ « تصور می‌شود کوازار در نواحی از عالم شکل می‌گیرد که چگالی ماده در مقیاس بزرگ بسیار بیشتر از حد متوسط است - یعنی نواحی کاملا فشرده و متراکم.»

بیشتر کوازارهای یافت شده در کیهان در فاصله میلیاردها سال نوری از ما قرار دارند. بدین ترتیب برای رسیدن به یک کوازار باید با سرعت نور حرکت کنیم. از آنجایی که این سفر به فضاپیمایی با قابلیت سفر با سرعت نور نیاز دارد، پس می‌توان گفت مطالعه این اجسام در کیهان به نوعی شبیه به سفر در زمان است و ما به کمک این فضاپیمای خیالی خواهیم توانست به گذشته یا آینده برویم.

می‌دانیم ما اجرام کیهانی را همانطور می‌بینیم که وقتی نور آن را ترک کرد - میلیاردها سال پیش. بنابراین هرچه دانشمندان جرمی دورتر را هدف بگیرند، نگاه عمیق‌تری به گذشته دارند زیرا این نور برای مدت بسیار طولانی‌تری در راه بوده است تا به چشم ما یا به تلسکوپ ما برسد.

تلاش برای کشف کوازارهای بیشتر!

تاکنون بیش از ۲۰۰۰ کوازار در کیهان شناسایی شده است و اخترشناسان با مطالعه آن‌ها دریافته‌اند این اختروش‌ها از اوایل تولد کهکشان در کیهان حضور داشته‌اند. اخترشناسان باور دارند کهکشان‌هایی مانند راه شیری ممکن است زمانی میزبان اختروشی بوده باشند که مدت‌هاست درخششی از خود ندارد.

در دسامبر ۲۰۱۷، دورترین کوازار در فاصله بیش از ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین یافت شد. دانشمندان این اختروش را «J1342+0928» نامیدند و دریافتند تنها ۶۹۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ (بیگ بنگ) ظاهر شده است. چنین اختروش‌هایی که در عالم اولیه متولد شده‌اند می‌توانند اطلاعات ارزشمند و شگرفی را در مورد چگونگی تکامل کهکشان‌ها در طول زمان در اختیار ما قرار دهند.

یک کوازار قادر است میلیون‌ها و یا حتی میلیاردها یا تریلیون ها الکترون ولت انرژی از خود ساطع کند. این انرژی از مجموع نور تمام ستارگان یک کهکشان بیشتر است. به همین دلیل است که کوازار را می‌توان درخشان‌ترین موجود در کیهان نامید. این اجرام بسیار درخشان در عالم ده تا صد هزار برابر درخشش بیشتری نسبت به راه شیری دارند.

به گفته ناسا، کوازارها قادرند صدها یا حتی هزاران برابر کل انرژی خروجی کهکشان ما را از خود ساطع کنند. به همین دلیل آن‌ها یکی از درخشان‌ترین و پر انرژی‌ترین اجرام در کل عالم به شمار می‌روند.

برای درک بهتر میزان درخشش یک کوازار به این مثال دقت کنید: اگر یک کوازار مانند «3C 273» در فاصله ۳۰ سال نوری از زمین قرار می‌گرفت قادر بود زمین را دقیقا همانند خورشید ما گرم و روشن کند. اما این کوازار درحقیقت ۲.۵ میلیارد سال نوری از زمین فاصله دارد و با این‌حال نزدیک‌ترین اختروش شناسایی شده به زمین است.

مطالعه اختروش‌ها به دلیل ارتباطی که با جرم سیاهچاله‌های ابر پرجرم‌شان دارند بسیار دشوار بوده است.

کوازار و هسته‌ فعال کهکشانی

از میان اجرام متعددی که در کیهان یافت می‌شوند، کوازارها بخشی از دسته‌ای از اجرام هستند که آن‌ها را با عنوان هسته‌های فعال کهکشانی یا «AGN» می‌شناسیم. از جمله دسته‌های دیگر می‌توان به «کهکشان‌های سیفرت» و «بلازارها» اشاره کرد. هر سه مورد این موارد به سیاهچاله‌های بسیار پرجرم نیاز دارند تا به آن‌ها قدرت ببخشند.

کهکشان‌های سیفرت یا «Seyfert» کم‌انرژی‌ترین نوع AGN هستند و تنها حدود ۱۰۰ کیلو الکترون ولت انرژی تولید می‌کنند. بلازارها که به نوعی می‌توان آن‌ها را برادر کوازارها دانست، انرژی بیشتری مصرف می‌کنند.

بسیاری از دانشمندان گمان می‌کنند که این سه نوع AGN اجرامی یکسان هستند اما تنها برخی از ویژگی‌های جزیی آن‌ها با هم متفاوت است. این درحالی است که به نظر می‌رسد جت‌های اختروش نسبت به زمین حالت زاویه‌دار دارند اما بلازارها ممکن است جت‌های خود را به صورت مستقیم به سمت زمین می‌فرستند. از سوی دیگر، کهکشان‌های سیفرت هیچ جهت مشخصی در فرستادن جت‌ها ندارند و دانشمندان فکر می‌کنند این ممکن است به این دلیل باشد که ما آن‌‌ها را از زاویه خاصی مشاهده می‌کنیم، پس متوجه زاویه دار بودن آن‌ها نمی‌شویم.

تحول کهکشان‌ها

اخترشناسان بر این باورند که بیشتر کهکشان های بزرگ - اگر نگوییم همه آن‌ها - در دوران ابتدایی تولد خود، بلافاصله پس از شکل‌گیری، از یک فاز به اصطلاح اختروش عبور کرده‌اند. اگر چنین باشد، وقتی ماده‌شان تمام شد درخشندگی‌ آن‌ها فروکش کرد تا دیسک برافزایشی که سیاهچاله‌های کلان پرجرم‌شان را احاطه کرده بود، تغذیه شود. پس از این دوران، کهکشان‌ها درحالت سکون قرار گرفتند.

با این‌حال به خاطر داشته باشید که دانش ما از تولد و تحول کهکشان‌ها - از اختروش‌های جوان تا کهکشان‌های پیر و استاتیک - هنوز کامل نیست. کهکشان‌ها اغلب استثناهایی دارند که از قاعده‌های اصلی کشف شده سرپیچی می‌کنند. به همین دلیل اثبات نظریه‌ای کارآمد در توصیف تحول همه کهکشان‌ها دشوار است.