Kvasar (z anglického „quasi-stellar object“ – kvazi-hvězdný objekt) je extrémně jasný a energetický objekt v jádrech velmi vzdálených galaxií. Ve skutečnosti jde o aktivní galaktická jádra, která září díky hmotě padající do obrovské supermasivní černé díry. Když se plyn a prach dostanou do gravitačního vlivu černé díry, začnou vířit ve spirále směrem dovnitř a vytvoří akreční disk. Třením a stlačováním materiálu v tomto disku vzniká obrovské množství energie — mnohonásobně víc než všechny hvězdy v dané galaxii dohromady. Tuto energii pak pozorujeme jako záření kvasaru. Zajímavé je, že kvasary se nacházejí obrovsky daleko od nás — jejich světlo k nám letí miliardy let, takže když je pozorujeme, díváme se hluboko do minulosti vesmíru.
První objevený kvasar
3C 273 v souhvězdí Panny
3C 273 je jeden z nejslavnějších a nejzajímavějších objektů na obloze — první identifikovaný kvasar a zároveň nejjasnější kvasar ve viditelném světle, který můžeme pozorovat ze Země. Nachází se v souhvězdí Panny, přibližně 2,4 miliardy světelných let daleko. Přestože je tak vzdálený, jeho jasnost (magnituda kolem 12,8) umožňuje jeho pozorování i amatérskými dalekohledy. V jádru 3C 273 se nachází supermasivní černá díra, která pohání obrovský akreční disk a výtrysk plazmatu dlouhý desítky tisíc světelných let1. Jeho objev v roce 1963 znamenal revoluci v astronomii — poprvé bylo potvrzeno, že existují extrémně vzdálené a zároveň velmi energetické objekty, které nejsou hvězdami, ale aktivními jádry galaxií
Kolik kvasarů dnes známe?
Další objevený kvasar nenechal na sebe dlouho čekat. Byl jím rádiový zdroj 3C 48, jenž byl s optickým protějškem, hvězdou 16,2m v souhvězdí Trojúhelník, ztotožněn již v roce 1960. Že je rádiový zdroj 3C 48, hvězda jasnosti 16,2m, ve skutečnosti kvasarem se zjistilo až po objevu 3C 273 v Panně. Z rudého posuvu z = 0,367 byla vzdálenost 3C 48 spočtena na 4,5 miliardy světelných let. Postupně byly objeveny další podobné rádiové zdroje s extrémní svítivostí a vysokým rudým posuvem, pro něž se začalo používat pojmenování quasar jako zkratka anglického quasistellar radio source (kvázihvězdný rádiový zdroj). Do konce 60. let minulého století bylo objeveno asi 100 kvasarů. Dnešní věda zná díky přehlídce SDSS asi 300 000 těchto neobyčejně svítivých objektů (k roku 2013). Hranice 100 000 kvasarů bylo dosaženo již před deseti lety (v roce 2006), především díky přehlídkám oblohy SDSS, 2dF a 2MASS. I přes tento zdánlivě vysoký počet známých kvasarů se jedná o mimořádně zřídkavé objekty. To proto, že kvasary jsou objekty, které v naprosté většině pozorujeme ve velkých kosmologických vzdálenostech a tudíž v dávné minulosti. Tyto objekty dnes (většinou) již neexistují. Badatelé to alespoň odvozují z toho, že v blízkém vesmíru žádné takovéto objekty nepozorujeme. Přestože jsou kvasary velice zřídkavými objekty, podařilo se S. Djorgovskému nalézt v souhvězdí Panny trojitý kvasar LBQS 1429-008, jenž je od Země vzdálen asi 3,2 Gpc. Zřejmě jde o případ splynutí tři galaxií s aktivními jádry. Mnohem lépe jsou na tom binární kvasary. Jen na základě přehlídky SDSS objevil J. Hennawi a další 27 binárních kvasarů ve vzdálenostech 3,2 – 3,7 Gpc. Další fyzickou trojici kvasarů QQQ J1519+0627 objevil tým E. Farina. Jedná se teprve o druhý známý triplet kvasarů.
Jaká je svítivost kvasarů?
Kvasary patří mezi nejsvítivější objekty ve vesmíru — jejich absolutní hvězdná velikost může dosahovat hodnot až kolem −29 magnitud, což znamená, že vyzařují stokrát až tisíckrát více energie než celá naše Galaxie. Například slavný kvasar 3C 273 má absolutní hvězdnou velikost přibližně −26,2, což odpovídá zhruba stonásobku svítivosti Mléčné dráhy. Pro srovnání: Slunce má absolutní hvězdnou velikost +4,8 — rozdíl je tedy naprosto ohromující. Svítivost kvasarů je ale velmi různorodá. Některé slabší kvasary mají hodnoty kolem −22, zatímco ty nejjasnější překračují −29 magnitud. Díky této extrémní svítivosti je možné je pozorovat i na vzdálenosti miliard světelných let — a právě proto jsou tak důležité pro výzkum raného vesmíru.
Co to kvasar vlastně je?
Co to vlastně kvasar je? Již v roce 1978 přišel A. Stockton s prací, že kvasary jsou v podstatě jádra aktivních galaxií (AGN). Průměrná velikost kvasarů je asi 1010 km, tedy nějakých 70 AU. To je zhruba průměr naší Sluneční soustavy. Takže odpovědí na výše uvedenou otázku je, že kvasar je mimořádně svítivé jádro neobyčejně aktivní galaxie (AGN, z anglického Active Galactic Nuclei) v raném vesmíru. Zdá se, že všechny galaxie mohou procházet stádiem kvasaru, které hraje ve vývoji galaxií velice důležitou roli. A to dokonce opakovaně. Galaxie tak může ve stádiu kvasaru strávit asi 10 % svého života.
Dnešní věda říká, že kvasary, blazary, Seyfertovy galaxie či rádiové galaxie jsou v podstatě jedno a to samé. Záleží pouze na tom, pod jakým úhlem jsou k nám jako pozorovatelům natočeny a jak daleko se od nás nacházejí a jak mohutná černá díra se nachází v jejich jádrech. A také na tom, jak to vypadá s přísunem materiálu k černé díře, která je motorem onoho obrovského zářivého výkonu kvasarů. Záleží jen na tom, zda-li pozorujeme přímo aktivní jádro galaxie (kvasaru) či akreční disk, který zcela či částečně ono aktivní jádro (kvasar) zastiňuje. Kvasary, blazary, Seyfertovy galaxie aj. tedy patří do AGN, třídy aktivních galaxií.
Kvasary jsou tedy nejextrémnějším typem galaxií s akrečními disky okolo černých veleděr, kterým říkáme aktivní galaktická jádra.
Kvasary jsou charakteristické svým stelárním vzhledem, velice silným zářením v UV a IR oblasti ve srovnání s obyčejnými hvězdami. Některé z kvasarů jsou nejen silnými rádiovými zdroji, ale také silnými zdroji rentgenového záření a nebo dokonce gama záření o obrovských energiích. Tak například galaxie Cen A je zdrojem extrémního kosmického záření. Leptony jsou v tomto objektu urychlovány na energie řádu TeV a hadrony na energie až několika desítek EeV!
Například u kvasaru PKS 1510-089 v souhvězdí Váhy (asi 1,2 Gpc) byly v letech 2008 – 2009 s pomocí satelitu Fermi pozorovány velké výkyvy jasnosti v pásmu gama v periodě okolo 6 hodin. Podobně byly fluktuace gama záření v roce 2009 pozorovány i u prvního objeveného kvasaru 3C 273. Ten, mimo jiné, vyzařuje v X oblasti asi 50× více energie než v oblasti rádiové a je nejjasnějším známým kvasarem. A také jedním z nejbližších.
Kvasar 3C 273, jak plyne z výše uvedeného odstavce, není úplně nejbližším objektem „kvasarového“ typu. Mnohem blíže se nacházejí blazary Mrk 421 (z = 0,034, 140 Mpc) či blazar Mrk 501 (z = 0,031, 130 Mpc). Prototypem blazarů (tento pojem zavedl v roce 1978 Ed Spiegel) se stal pekuliární rádiový zdroj BL Lacertae v souhvězdí Ještěrky.
Kvasary jsou charakteristické rovněž proměnným tokem zářením v neobyčejně širokém spektrálním pásmu s periodou několika hodin až let, což svědčí o poměrně malých rozměrech těchto objektů, širokými emisními čárami ve spektru a velkým rudým posuvem.
Co je zdrojem záření kvasarů?
Zdrojem záření kvasarů je hmota padající do supermasivní černé díry ve středu vzdálené galaxie. Když se plyn, prach a další materiál dostane do blízkosti černé díry, nevpadne do ní hned. Místo toho se formuje do tzv. akrečního disku, což je rotující disk hmoty, která spirálovitě klesá ke středu. V tomto disku dochází k extrémnímu stlačení, zahřátí a tření, a právě tato oblast je zdrojem obrovského množství energie — vyzařované ve formě světla, rentgenového záření a dalších částí elektromagnetického spektra.
Navíc některé kvasary vysílají relativistické výtrysky (jety) — proudy částic pohybujících se téměř rychlostí světla, které vyrážejí kolmo na disk. I ty přispívají k pozorovanému záření, zvláště v rádiových vlnách.