1930 年代から、宇宙を研究する新しい方法である電波天文学が
これらすべてにより、1950 年代の終わりに、光学的に対応するものを特定できなかった一連の電波源の検出が可能になりました。そのうちの 1 つは、おとめ座にあり、3C273 と呼ばれていました。この名前には、ケンブリッジ大学で作成された電波源の第 3 カタログの電波源番号 273 であるという事実以上の意味はありません。
クエーサー。写真: ウィキペディア 3C カタログは 1959 年に発行され、現在では電波天文学の古典となっています。ネイチャー誌の1963年3月16日号で、オーストラリアの天文学者のチームは、月による3C273の掩蔽の結果を発表し、空の写真の中で、それがあたかも点状の物体であるかのように一致していることを発見した。 12.9等星：肉眼では全く届かない明るさですが、アマチュア望遠鏡では比較的観察しやすい星です。
スペクトル線 3C273 の対応物が特定される前に、3C48 などの他の電波源が変光星であることがすでに確認されていました。有名な BL Lacertae オブジェクトの場合がそうでした。当初、それらはラジオを放送する星であると考えられていました（これがラジオスター という名前の由来です）。しかし、これらの天体のスペクトルは非常に謎であることが判明し、誰もそれを解釈する方法を知りませんでした。
1963 年 3 月 16 日の Nature の同じ号で、オランダの天文学者マールテン シュミットは、パロマー山の望遠鏡で撮影された 3C273 のスペクトルの分析を発表しました。その研究で彼は、正しく、考えられる唯一の説明は、赤色に向かってかなりシフトした一連のスペクトル線 を扱っているということであると提案しました。赤方偏移を 15.8% と仮定すると、スペクトルに存在するすべての特徴を説明できます。
著者は、この解釈は 3C48 などの他の天体にも当てはまると述べ、考えられる唯一のシナリオは、これらの準恒星天体で観察された赤方偏移が宇宙論的起源によるものであると結論付けました。これは、彼らが非常に離れたところにいた に違いないことを意味します。このアイデアは 1960 年にジョン G. ボルトンによって 3C48 用にすでに提案されていましたが、当時は受け入れられませんでした。
SDSS J1106+1939。写真: ウィキペディア 銀河系外天体 シュミットは「クエーサー」という用語を作成しました。これは英語の準恒星 体を略したもので、スペイン語ではクエーサーと訳されています。この雑誌の同じ号には、三角座の天体 3C48 の 36.7% の赤方偏移が確認された、グリーンスタインとマシューズの研究も掲載されました。
間違いなく、クエーサーは数十億光年離れた 銀河系外の天体でなければなりません。そして、比較的明るい等級で遠くから観察するには、非常に明るいものでなければなりませんでした。実際、その明るさは巨大で、銀河全体の数百個に匹敵するものであったに違いありません 。このようにして、白色矮星、パルサー、超新星、その他すでに私たちの天文文化の一部となっている多くの名前の長いリストに、新しいタイプの天体が加わりました。
それ以来、クエーサーは多くの研究と多くの逸話の対象となってきました。たとえば、1965 年にロシアの天文学者カルダシェフは、クエーサー CTA-102 が地球外文明 から暗号化されたメッセージを送信していると宣言しました。
すでに 1963 年の有名な Nature 記事で、シュミットは 3C273 の唯一の可能性は、それが遠方の銀河の核であるに違いないと提案しました。今日、私たちはすべてのクエーサーが実際には活動銀河の核で
ハッブル宇宙望遠鏡。写真: iStock ハッブル宇宙望遠鏡は、地球の大気圏外の軌道上の位置を利用して高解像度の画像を取得できるため、今日、すべてのクエーサーには、それを収容する関連銀河があることがわかっています。この意味で、「裸の」クエーサー、つまり、宇宙に孤立して存在し、どのような種類の銀河も関連付けられていないように見えるクエーサーは存在しないと言われています。今日では、クェーサーとは銀河がいつでも通過できる段階である、 と言うほうが正しいと考えられています。
変光クエーサー すべての銀河の中心には、太陽の数十億倍の質量を持つ超大質量ブラックホール があると 考えられています。物質がかなりの速度でこの銀河核に落ちると、膨大なエネルギーの放出が引き起こされ、銀河全体と同等かそれ以上の強度で輝きます。それは私たちが活動銀河核 と呼んでいるものです。核の明るさが銀河の残りの部分を覆い隠すほど大きいとき、それがクエーサーと呼ばれる現象が起こるときです。
これをよりよく理解するために、暗い環境で誰かが懐中電灯で私たちを照らしたらどうなるかを考えてみましょう。私たちは明るい点だけを見ることができますが、その周りには何も見えません（懐中電灯自体もその使用者も） . ）私たちは盲目だからです。
超大質量ブラックホールが物質を飲み込む。写真: iStock 私たちは、クェーサーによって生成されるすべての明るさは、核内で発生する高エネルギー現象の結果である と信じています。超大質量ブラックホールに引き寄せられる物質は主にガスと塵で構成されており、光の速度（相対論的速度）に近い速度まで加速し、降着円盤を形成し、降着円盤に垂直な方向に出る2つの対向する高度に平行なジェットとして粒子を放出します。降着ディスク 。これらのジェットの存在は、銀河が強力な無線送信機である原因となっています。摩擦加熱により材料がプラズマに変化し、強力な磁場が発生します。
この系は、数時間または数日の周期で変動することがよくあるため、多くのクエーサーは非常に変動しやすいです 。さらに、エネルギーの起源は強力な重力場と磁場にさらされる物質にあるため、これらの物体は「シンクロトロン」タイプの電磁放射線放射（非常に高速で移動する電子が磁場を通過するときに発生します）によって支配されます。
超大質量ブラックホールが周囲のガスと塵をすべて消費すると、活動銀河は大量のエネルギーの放出を停止し、通常の銀河に変わります。このように、私たちの天の川銀河や近くの他の銀河の中心には、現在は穏やかなブラックホールが存在することになります。このモデルは、初期宇宙ではクエーサーがはるかに頻繁に発生するという 事実も説明します。
ハルトン・アープ クエーサーを遠隔銀河の明るい核として解釈することは、このシナリオを受け入れることを拒否した研究者によって常に反対されていました。おそらく最も有名なのは、2013年に亡くなったアメリカの天文学者ハルトン・“チップ”・アープで、彼は常にクエーサーは近くの銀河に属する天体であり、その赤方偏移は宇宙論的に遠く離れていることの結果として解釈されるべきではないと主張した。ハルトン・アープは、そのキャリアのすべてを、近くにある銀河とつながっているクエーサーの探索に捧げました。 1966 年に彼は、クエーサーが近くの銀河に付着しているように見えるいくつかの事例を含む特異銀河アトラスを出版しました。
おそらく、Arp によって発見された最も有名な事例は、近くの銀河 NGC 4319 とクェーサー マルカリアン 205 の事例です。この系では、クェーサーは光の橋によって銀河につながっているように見えます。両方のオブジェクトの赤方偏移は大きく異なるため、物理的に接続されている場合、赤方偏移がそれぞれの距離に対応していないことを認めなければなりません。このジレンマは、ハッブル宇宙望遠鏡がクエーサーの光が NGC 4319 の光よりもはるかに遠い距離から私たちに届くことを実証した 1992 年まで決定的に解決されませんでした。
現在、200,000 個以上のクエーサーが知られています。すべてにかなりの赤方偏移があり、3C273 は最も近いものの 1 つです。ほとんどすべてのクエーサーは非常に離れたところにあるため、私たちはそれらを遠い昔の状態で観察しています。したがって、それらは今より数十億年も若かった遠い宇宙の代表的な現象である と考えられています。
現在の銀河にはそのようなレベルの活動を維持するのに十分な物質がもはや存在しないため、近くの宇宙にはクエーサーは存在しません。 クェーサーの典型的な明るさを維持するには、核は 1 日あたり太陽質量の 3 倍程度の量の物質を消費する必要があります。周囲の物質がこの大量の質量を提供できない場合、発光は減少し、クエーサーは「オフ」になります。クエーサーの痕跡として残るのは、中心の超大質量ブラックホールと、それらが保持し続ける残留活動です。
それどころか、宇宙が誕生したばかりの頃は、大量のガスが存在し、銀河核は頻繁に物質の寄与を受けて非常に明るく見えました 。もし天の川の中心が今クエーサー段階を経験しているとしたら、それは私たちの夜空で明るく輝くでしょう。
核活動 クエーサーの明るさにはばらつきがあることが証明されています。数日または数時間という短いスケールで明るさを変化させるものもあれば、数か月のスケールで変化するものもあります。この動作は、明るさの変化が発生する領域が小さい場合にのみ 説明可能です。したがって、クェーサーの明るさは、クェーサーを含む銀河の中心にあるブラック ホールに関連するすべての現象によって与えられると考えられています。
クエーサーの発見以来、銀河ではさまざまな種類の核活動が発見されています 。この現象は、英語の用語「活動銀河核」または「活動銀河核」に対応する頭字語「AGN」で知られています。たとえば、セイファート銀河は、クェーサーほどではないものの、非常に明るい活動核を持つ渦巻銀河です。彼らは中程度のレベルの活動を持っているでしょう。もう一方の極端には、いわゆるブレーザーなど、激しく変化するクエーサーが見つかります。 BL Lacertae プロトタイプにちなんで名付けられたこれらの天体は、宇宙で最も暴力的な現象の 1 つです。同様に、電波銀河は、非常に強い電波発光を示す活動銀河核の一種になります。
ブレザー。写真: ウィキペディア セイファートからブレーザーに至るまで、銀河におけるこれらの種類の核活動はすべて、 AGN の統一モデル として知られているものによって解釈されます。このモデルによると、活動銀河核を持つすべての銀河には、降着円盤に囲まれた超大質量ブラック ホールが存在します。このシステムは、特定の条件下で中央領域をマスクまたは隠すことができる外側のドーナツ型トロイドによって囲まれることもあります。このモデルでは、同じ物体でも観察する方向によって異なる挙動を示し、異なる物体に見えることが説明されます。
したがって、今日私たちは、クエーサー、ブレーザー、セイファート銀河、電波銀河はすべて同じ現象の異なる現れである と信じています。たとえば、ジェットの方向に向かって活動中の核を見ると、ブレーザーが見えます。もう少し開いた角度から見れば、クエーサーができるでしょう。そして、トーラスが内部領域を私たちから隠すような方法でそれを行うと、電波銀河 (アクティブなジェット) またはセイファート銀河 (ジェットのない) ができるでしょう。
銀河の進化 統一モデルをサポートする観察テストがいくつかあります。たとえば、楕円銀河 NGC 4261 では、銀河の中心部に直径約 400 光年のトーラスに囲まれたガスと塵の円盤が観察されます。この天体には、直径 10 万光年に達する 2 つの強力なジェットもあり、この銀河系が非常に強力な電波銀河であることが正当化されます。これらすべては、太陽の質量の10億倍の超大質量ブラックホールとして解釈されます。
数十年にわたり、専門家は活動銀河核で起こっている物理的メカニズムに焦点を当ててきました。近年、クエーサーまたは活動核がそれを擁する銀河の進化に与える影響に関心が移ってきています。このように、研究コミュニティは 2 つの立場に分かれています 。
銀河に対する核の活動の影響はほぼゼロであると考える人もいますが、核の活動は系全体の将来を理解するための基礎であると信じる人もいます 。これに関係する物理的メカニズムは、英語の用語フィードバック として知られています。銀河の生涯を通じて、中心のブラックホールが星間物質から冷やされてやってくるガスの多かれ少なかれ重要な寄与を受けていることは疑いの余地がありません。ブラックホールの周囲の領域はこの物質を受け取り、加熱し、最終的にはジェットを通じて高温のガスとエネルギーの形で星間物質に戻します。フィードバックが重要であれば、星間物質はよりエネルギー的になり、星の形成は停止します。活動核を収容する銀河内での星形成のこの調整、さらには抑制はクエンチング と呼ばれ、金属を焼き戻すという用語、または抑制または窒息という用語に相当します。
この星形成の抑制は、現在の宇宙において大質量銀河では星がほとんど誕生しない 理由の説明となるでしょう。ブラックホールからのフィードバック、および銀河内の星形成の消光効果または抑制の多かれ少なかれ効率は、宇宙で観察される銀河がどのように進化したかを将来理解するための鍵となる可能性があります。
*この記事は元々『Muy Interesante』紙版に掲載されたものです。
