علوم پایه، فیزیک، نجوم 202 بازدید

در این مطلب در مورد اختروش یا کوازار صحبت می‌کنیم. همان طور که در مطلب کهکشان‌های فعال نیز بیان کردیم اختروش یا کوازار دسته‌ای از کهکشان‌های فعال هستند که در این مطلب به بررسی ویژگی‌ها و مشخصات اختروش‌ها می‌پردازیم.

کهکشان فعال چیست؟

در مطالب قبلی در مورد دسته‌بندی انواع کهکشان‌ها براساس شکل ظاهری آن‌ها صحبت کردیم. با این حال غیر از دسته‌بندی هابل، کهکشان‌هایی وجود دارند که تابش‌های غیرعادی از خود ساطع می‌کنند و به‌ آن‌ها کهکشان های فعال می‌گوییم.

در تصاویر تهیه شده با مدرن‌ترین تجهیزات رصدی، یافتن کهکشان های فعال در میان سایر کهکشان‌های عادی و نرمال دشوار است. اما اگر این تجهیزات به دستگاه‌های بررسی طیف یا طیف سنج کهکشان‌ها مجهز باشند آنگاه کهکشان های فعال نمایان خواهند شد. کهکشان‌های عادی در بردارنده ستاره‌هایی مشابه ستاره‌های کهکشان راه شیری هستند. کهکشان‌های مارپیچ نیز شباهت‌های بسیاری با کهکشان راه شیری دارند که از آن جمله می‌توان به محتویات گازی و گرد و غبار آن‌ها اشاره کرد. اما کهکشان های فعال تابش‌های اضافی از خود ساطع می‌کنند و این تابش‌ها عمده‌ترین بخش طیف آن‌ها را شکل می‌دهد. کهکشان های فعال انواع گوناگونی دارند از جمله کهکشان‌های سیفرت، کوایزارها، کهکشان‌های رادیویی و بلازارها. برای آشنایی بیشتر با کهکشان‌های فعال و ویژگی‌های انواع کهکشان‌های فعال این مطلب را در مجله فرادرس بخوانید.

اختروش یا کوازارها چه هستند؟

«منابع رادیویی شبه ستاره‌ای» (Quasi Stellar radio sources) به اختصار QUASARS، پویاترین و دورترین اجسام در مجموعه‌هایی هستند که به عنوان هسته فعال کهکشانی (AGN) شناخته می‌شوند. این منابع تابشی تقریباً دوازده میلیارد سال پیش شکل گرفته‌اند. تشکیل کوازار یا اختروش ها با برخورد کهکشان‌ها با یکدیگر رخ داده‌اند، یعنی سیاهچاله‌های مرکزی با هم ادغام می‌شوند و یک سیاهچاله فوق عظیم تشکیل می‌دهند. کوازارها در درجه اول به عنوان منابع تغییر مکان انرژی الکترومغناطیسی از جمله امواج رادیویی و نور مرئی که در ظاهر شبیه ستاره‌ها هستند، شناخته شدند که طیف آن‌ها برخلاف ستاره‌ها از خطوط انتشار گسترده‌ای تشکیل شده بود، بنابراین نام آن‌ها شبه ستاره‌ای است.

معرفی فیلم آموزش رصد آسمان و نجوم رصدی

آموزش رصد آسمان

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم آموزش رصد آسمان و نجوم رصدی کرده است. این مجموعه آموزشی از هفت درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته فیزیک و افراد علاقه‌مند به نجوم، کیهان‌شناسی، گردشگری و طبیعت‌گردی مفید است.

درس اول این مجموعه به بررسی مختصات آسمان و درس دوم به معرفی صورت‌های فلکی می‌پردازد. درس سوم به جهت‌یابی و درس چهارم و پنجم در دو بخش به رصد با چشم غیر مسلح اختصاص دارد. در درس ششم رصد با تلسکوپ و ابزار نجومی را خواهید آموخت و در درس هفتم و انتهایی این مجموعه آموزشی، ویژگی‌های بارش‌های شهابی و دنباله‌دارها بررسی می‌شود.

اختروش یا کوازار چه ویژگی دارند؟

یکی از شگفتی‌های غیر قابل پیش بینی تاریخ ستاره شناسی کشف اختروش ها بوده است. اولین بار در سال ‎1963‎ میلادی اختروش در طول موج‌های رادیویی و مرئی به شکل جسم نقطه‌ای شکلی کم نور، با میزان غیر عادی‌ از تابش مرئی در طیف آن رصد شد. نام آن‌ها از علامت جایگزینشان در ‎منبع رادیویی شبه ستاره‌ای (QSR)‎ یا شیئی شبه ستاره‌ای‎ (QSO)‎ برداشته شده است و به این معنی است که این کهکشان‌ها به دلیل شکل نقطه‌ای شان به ستاره‌ها شباهت دارند هر چند که طیفشان کاملاً متفاوت از ستاره ها است. خطوط تابش طیف عمدتاً از هیدروژن و سایر عناصر موجود در منابع ستاره‌ای است اما این خطوط به شکل قابل توجهی جابجایی قرمز پیدا کرده‌اند.

شکل (1)‎ طیف مرئی اولین اختروس کشف شده ‎(3C273)‎ را نمایش می‌دهد. جابجایی قرمز در این اختروش برابر است با ‎$$0.158$$ که بر اساس قانون هابل نشان دهنده مسافت ‎$$660 Mpc$$ از کهکشان ما یعنی کهکشان راه شیری است. در حال حاضر تعداد بسیار زیادی اختروش کشف شده است(بیش از ‎100,000)‎ و اغلب آنها حتی جابجایی های قرمز بزرگتری دارند که بیشترین میزان ثبت شده برای آن (در سال ‎2014)‎ برابر با $$7.1$$ بوده است. بنابراین اختروش ها بسیار درخشان‌تر از آن چیزی هستند که دیده می‌شوند.

اولین کوازار کشف شده
تصویر 1: اولین اختروش کشف شده را نشان می دهد. فلش‌ها نمایش می‌دهند که چگونه خطوط تابشی هیدروژن به میزان زیادی تحت تاثیر جابجایی قرمز، از طول موج طبیعی شان فاصله گرفته‌اند‎.

طیف مرئی اختروش ها به طیف کهکشان‌های سیفرت یعنی نوع اول کهکشان‌های فعال شباهت دارد. این طیف عمدتاً از خطوط پهن تشکیل شده است اما خطوط باریک ضعیفی نیز در آن مشاهده می شود. طیف ترکیبی بیش از ‎700‎ کوازار، در شکل (2)‎ نمایش داده شده است. برای ترسیم این طیف ترکیبی، طیف یک اختروش منفرد برای از بین بردن تاثیر جابجایی قرمز در آن، پیش از اضافه شدن به سایر طیف‌ها کاملاً تصحیح می‌شود. به دلیل آنکه تعداد زیادی از کوازارها جابجایی قرمز بالایی دارند، بسیاری از خصوصیاتی که در بخش مرئی طیف رصد می‌شوند به ویژگی‌های تابشی در فرابنفش مربوط هستند.

طیف خطوط لیمان آلفا $$ly_{\alpha}$$ را نمایش می‌دهد که ناشی از جابجایی الکترون در اتم هیدروژن از حالت $$n=2$$‎ به ‎$$n=1$$ است. این خط که در طول موج ‎$$121.6$$‎ نانومتر اتفاق می‌افتد به وضوح خطی بسیار قدرتمند و پهن در طیف اختروش است.

خطوط طیفی 700 کوازار یا اختروش
تصویر 2: طیف میانگین بیش از ‎700‎ کوازار، تمامی طیف‌های منفرد برای از بین بردن تاثیر جابجایی قرمز پیش از میانگین گرفتن تصحیح شده‌اند (به خطوط پهن تابش دقت کنید)‎.

برای آشنایی بیشتر با مبانی نجوم و کیهان‌شناسی، می‌توانید فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

  • برای دیدن فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی + اینجا کلیک کنید.

کوازارها مازاد طیفی را در طول موج فروسرخ و سایر طول موج‌ها نمایش می‌دهند. در حدود ‎$$10\%$$ کوازارها منابع رادیویی قوی هستند. برخی ستاره شناسان ترجیح می‌دهند واژه قدیمی‌تر ‎$$QSO$$ (شیئی شبه ستاره‌ای) را برای کوازارهایی که منبع رادیویی قوی نیستند، استفاده کنند. نحوه توزیع انرژی طیفی برای نمونه‌ای از اختروش که منبع رادیویی قوی است و کوازاری که منبع رادیویی قوی نمی باشد در شکل (3) نمایش داده شده است. برآمدگی بزرگ آبی در اینجا کاملاً برجسته است. بسیاری کوازارها در بازه‌های زمانی ماهانه یا حتی روزانه در طیفشان شاهد تغییرات هستند.

تفاوت طیف در دو کوازرا یا اختروش
تصویر 3: متوسط SED برای نمونه‌ای از اختروش که منبع قوی رادیویی است (خط آبی) و کوازاری که منبع رادیویی قوی نیست (خط قرمز) هر دو منحنی به جز در طول موج‌های رادیویی شبیه به هم هستند. برآمدگی بزرگ آبی در این شکل کاملاً برجسته و مشخص است‎.

نقشه برداری‌های رادیویی دقیق‌تر نشان می‌دهد بسیاری از کوازارهایی که منابع رادیویی قوی هستند فوران‌های برجسته‌ای دارند و به نظر می‌رسد مواد را با فشار به داخل فضا رها می‌کنند. در ‎3C273‎ این فوران ‎(جت)‎ حتی در تصاویر مرئی مانند تصویر (4) نیز قابل رویت است.

نزدیکترین کوازار یا اختروش
تصویر 4: تصویر نزدیک ترین اختروش به ما ‎3C273 (الف)‎ تصویر اپتیکی (باند V)‎ فوران مواد از هسته‌ای شبه ستاره‌ای را به شکل کم نور نمایش می‌دهد. این فوران با وضوح بیشتر در تصاویر ‎(ب)‎ مرئی، ‎(ج)‎ رادیویی و ‎(د)‎ طول موج‌های پرتو ایکس، دیده می‌شود (توجه داشته باشید رنگ‌های متفاوت در تصاویر ب، ج و د معرف سطوح متفاوت شدت است).

به دلیل آنکه کوازارها از ما بسیار دور هستند، مطالعه کهکشان‌های میزبانی که دارای اختروش هستند بسیار دشوار است. مطالعات جدید نشان می‌دهد رابطه ساده‌ای بین اختروش و مورفولوژی کهکشان میزبانش برقرار نیست. در حالی که بسیاری کهکشان‌های میزبان در حال برهم کنش یا ادغام هستند، به نظر می‌رسد بسیاری دیگر از کهکشان‌های میزبان کهکشان‌های بیضی شکل یا مارپیچ عادی باشند (تصویر 5)‎.

هم چنین مشخص شده است کوازارهایی که منبع رادیویی قوی هستند عمدتاً در کهکشانهای بیضی شکل یا در حال برهم کنش یافت می‌شوند در حالیکه کوازارهایی که منبع رادیویی قوی نیستند در کهکشان‌های میزبان بیضی شکل یا مارپیچ یافت می‌شوند. به هرحال رابطه بین کهکشان‌های میزبان کوازارها و تابش‌های رادیویی کاملاً واضح نیست و هم چنان جای تحقیق فراوان دارد.

پیش از آنکه به وجود کهکشان‌های میزبان کوازارها در دهه ‎1980‎ میلادی پی برده شود، کوازارها بسیار ناشناخته‌تر از آنچه امروز هستند، بودند. در واقع پیش از این تصور بر این بود که کوازارها چندان فاصله‌ای با ما ندارند و جابه‌جایی‌های قرمز بزرگ در آنها ناشی از فرآیندهای فیزیکی ناشناخته است. مطالعات اخیر نادرست بودن این دیدگاه را کاملاً مشخص کرده است و در حال حاضر ستاره شناسان کوازارها را کهکشان‌هایی دور دست و بسیار درخشان در نظر می‌گیرند و به همین دلیل است که ستاره شناسان مدرن کوازارها را طبقه‌ای از کهکشان‌های فعال می‌دانند، حال آنکه هم چنان کتاب‌هایی با عنوان کهکشان‌های فعال و کوازارها‎ یافت می‌شود. تصور می‌شود کوازارها درخشان‌ترین ‎AGN‎ های شناخته شده باشند.

کهکشان‌های میزبان کوازار ها یا اختروش ها
تصویر 5: نمونه‌هایی از کهکشان‌های میزبان اختروش ها که در طول موج‌های مرئی توسط تلسکوپ فضایی هابل رصد شده اند. به نظر می‌رسد کوازارها هم در کهکشان‌های طبیعی و هم در کهکشان‌های در حال برهم کنش یافت شوند. کهکشان‌های میزبان نمایش داده شده در این تصاویر عبارتند از :‎ (a)‎یک کهکشان مارپیچ طبیعی‎، (b) یک کهکشان بیضی شکل طبیعی‎ و ‎(c)‎ تا ‎(f)‎ کهکشان‌های در حال بر هم کنش یا ادغام (توجه داشته باشید تفاوت رنگ‌ها معرف تفاوت سطح شدت است).

آیا کوازار یا اختروش سیاهچاله است؟

در پشت هر اختروش یک سیاهچاله وجود دارد، اما هر سیاهچاله‌ای یک اختروش نیست. بنابراین به نوعی، یک اختروش نمایی از یک سیاهچاله است. بدین ترتیب اگر به یک اختروش نگاه می‌کنید در حال نگاه کردن به یک سیاهچاله هستید.

برای تبدیل شدن به یک اختروش، یک سیاهچاله باید دارای چند معیار باشد. اول این که باید بزرگ باشد، در حقیقت باید جرمی برابر با میلیون‌ها یا میلیاردها برابر خورشید داشته باشد. چنین سیاهچاله‌هایی در مرکز اکثر کهکشان‌های بزرگ یافت می‌شوند اما حتی در آن زمان نیز هر کهکشان میزبان یک اختروش نیست. به طور خاص یک اختروش یک سیاهچاله فوق سنگین است که به طور فعال از مواد تغذیه می‌کند. این ماده بلعیده شده در حال چرخش به یک دیسک داغ تبدیل شده و آنقدر می‌درخشد که نور آن بقیه کهکشان را در اطراف سیاه چاله غرق می‌کند.

اولین اختروش چه زمانی کشف شد؟

اولین اختروش ها یعنی 3C 48 و 3C 273 در اواخر دهه 1950 به عنوان منابع رادیویی در بررسی‌های رادیویی کل آسمان کشف شدند. آن‌ها ابتدا به عنوان منابع رادیویی بدون هیچ شی قابل مشاهده‌ای مورد توجه قرار گرفتند. با استفاده از تلسکوپ‌های کوچک و تلسکوپ لاول به عنوان تداخل سنج، مشخص شد که اندازه زاویه‌ای آن‌ها بسیار کوچک است.

کوازار یا اختروش چگونه کار می‌کند؟

اعتقاد و باور بر این است که کوازارها با تجمع مواد در سیاهچاله‌های با جرم زیاد در هسته کهکشان‌های دور، همانطور که در 1964 توسط ادوین سالپتر و یاکوف زلدوویچ پیشنهاد شده است، تغذیه می‌شوند. همچنین نور و دیگر تشعشعات نمی‌توانند از افق رویداد سیاهچاله خارج شوند.

قدرتمندترین اختروش ها چه نام دارند؟

قویترین اختروش که به عنوان قویترین منبع رادیویی در آسمان نیز شناخته می‌شود 3C 273 است. همچنین متغیرترین اختروش QSO J1819+3845 (Q1817+387) نام دارد.

آیا کهکشان راه شیری یک اختروش است؟

اگر یک جت گازی در مرکز یک کهکشان دوردست به سمت زمین باشد، ممکن است آن را به عنوان یک اختروش ببینیم. بنابراین به احتمال زیاد پاسخ این سوال مثبت است. کهکشان راه شیری یا برخی از کهکشان‌های قبل از آن احتمالاً در زمان مصرف مواد و در جهت مناسب، در مرکز خود دارای اختروش بوده‌اند.

معرفی فیلم آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی

آموزش نجوم

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم  آموزش مقدماتی نجوم – نجوم باستان تا کیهان شناسی کرده است. این مجموعه آموزشی از شش درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته فیزیک و افراد علاقه‌مند به نجوم و کیهان‌شناسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش فیزیک پایه ۱ و آموزش ریاضی پایه دانشگاهی است.

درس اول این مجموعه مروری بر نجوم باستان و درس دوم به روش های اخترشناسی می‌پردازد. درس سوم به تعریف و مطالعه ویژگی‌های منظومه شمسی و درس چهارم به بررسی اجزای دیگر منظومه شمسی غیر از ماه و سیارات اختصاص دارد. در درس پنجم اخترفیزیک و مفهوم‌های به کار برده در این موضوع را خواهید آموخت و در درس ششم ویژگی‌های سحابی‌ها و کهکشان‌ها بررسی می‌شود.

جمع‌بندی

در این مطلب به مطالعه و بررسی دسته‌ای از کهکشان‌های فعال که به آن‌ها اختروش یا کوازار گفته می‌شود پرداختیم. بدین ترتیب در مورد ویژگی‌های این اجرام آسمانی و نحوه تشکیل آن‌ها صحبت کردیم.

اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

بر اساس رای 8 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *