Quasar: Οι οδηγοί μας στην κατανόηση της δομής και εξέλιξης του σύμπαντος-Πώς όμως σχηματίστηκαν οι κβάζαρ;-Η ζωή τους

Πώς όμως σχηματίστηκαν οι κβάζαρ

Πολλοί αστρονόμοι σήμερα πιστεύουν πως ένας κβάζαρ γεννιέται με τη σύγκρουση δύο μεγάλων γαλαξιών που έχουν παραπλήσιες μάζες. Ισως να υπάρχει ήδη μια μαύρη τρύπα στο κέντρο κάθε γαλαξία ή μπορεί να δημιουργηθεί μια με τη σύγκρουση. Σε κάθε περίπτωση, η σύγκρουση έχει ως αποτέλεσμα να αρχίσουν να απορροφώνται υλικά από τη μαύρη τρύπα παράγοντας τεράστια ποσά ενέργειας και δίνοντας το έναυσμα για τη δημιουργία του κβάζαρ.

Για να δημιουργηθεί, όμως, ένας κβάζαρ από τη σύγκρουση δύο γαλαξιών, αυτοί πρέπει να είναι πλούσιοι σε αέρια που βρίσκονται σε μoριακή μορφή (η μορφή που έχει ένα αέριο στην πιο πυκνή του κατάσταση). Η σύγκρουση δύο πλούσιων σε αέρια γαλαξιών έχει ως αποτέλεσμα τη συμπίεση των αερίων, την αύξηση της πυκνότητάς τους και τη γρήγορη πτώση τους στη μαύρη τρύπα.

Κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης μεταξύ δύο υψηλής περιεκτικότητας σε αέρια γαλαξιών, εκτός από τη μεταφορά μεγάλων ποσοτήτων αερίου στην κεντρική μαύρη τρύπα και τη δημιουργία ενός κβάζαρ, το αέριο συμπιέζεται δημιουργώντας σμήνη νέων άστρων. Το φως από αυτά τα άστρα, που αποτελεί ένα σημαντικό μέρος της ορατής λαμπρότητας του νεοδημιουργηθέντος ουράνιου σώματος, απορροφάται επίσης από τη σκόνη και τα αέρια. Τελικά, όμως, τα νέα άστρα και ο ίδιος ο κβάζαρ θα διαλύσουν το σύννεφο σκόνης που τα σκεπάζει.
Εκρήξεις σουπερνόβα και άνεμοι που προέρχονται από τα νέα άστρα θα ανοίξουν διόδους μέσα στη σκόνη και το ισχυρό φως του κβάζαρ θα περάσει μέσα από αυτήν. Σε εκατομμύρια χρόνια, ο θαμμένος κάτω από τη σκόνη κβάζαρ θα αναδυθεί από το κέλυφός του. Ετσι ο κβάζαρ μεταβαίνει από την υπέρυθρη κατάσταση στην ορατή.

Τα τελευταία χρόνια, καθώς κατασκευάζουμε όλο και πιο ευαίσθητους ανιχνευτές, έχουμε διαπιστώσει ότι όλα τα ουράνια σώματα αυτού του είδους που εκπέμπουν στο υπέρυθρο περιέχουν τεράστια ποσά μοριακού αερίου. Πολλές φορές η ποσότητα του αερίου αυτού είναι 10 έως 20 φορές μεγαλύτερη από τη συνολική ποσότητα μοριακού αερίου στον Γαλαξία μας, είναι δε όλο συγκεντρωμένο σε μια πολύ μικρή κεντρική περιοχή. Η συσσώρευση των τεράστιων αυτών ποσοτήτων μοριακού αερίου είναι ακριβώς ό,τι χρειάζεται για να τροφοδοτηθεί μια μαύρη τρύπα και να δοθεί το έναυσμα της δημιουργίας ενός κβάζαρ.

Η ζωή τους

Ενας συνηθισμένος κβάζαρ θα συνεχίσει να ακτινοβολεί για 10 έως 100 εκατομμύρια χρόνια, μέχρις ότου το αέριό του καταναλωθεί από τη μαύρη τρύπα καθώς και από τον σχηματισμό νέων άστρων. Στη συνέχεια θα καταλήξει σ' έναν λαμπρό ελλειπτικό γαλαξία, δηλαδή σ' έναν γαλαξία πολύ μικρής περιεκτικότητας σε σκόνη και αέρια, ή σε έναν φτωχό σε αέρια σπειροειδή γαλαξία.

Η θεωρία άτι οι κβάζαρ προέρχονται από τη σύγκρουση γαλαξιών μπορεί να εξηγήσει γιατί κάποτε έλαμπαν στον ουρανό περισσότεροι κβάζαρ από ότι σήμερα. Οι περισσότεροι από τους κβάζαρ που έχουμε παρατηρήσει μέχρι σήμερα παρουσιάζουν μια μετατόπιαη προς το ερυθρό μεγαλύτερη από 2.
Μια τόσο μεγάλη μετατόπιαη προς το ερυθρό σημαίνει πως οι κβάζαρ σχηματίστηκαν αρκετά νωρίς, αντιστρέφοντας δε τη διαδικασία διαστολής του Σύμπαντος, φτάνουμε στην εποχή που το Σύμπαν ήταν αρκετά πιο μικρό και πυκνοκατοικημένο, επομένως οι γαλαξίες συγκρούονταν πιο συχνά μεταξύ τους.
Επιπλέον, εκείνοι οι νέοι γαλαξίες περιείχαν περισσότερο αέριο από ότι οι σημερινοί, αφού μόλις είχε αρχίσει η διαδικασία μετατροπής του αερίου τους σε άστρα. Περισσότερο αέριο σημαίνει περισσότερο "καύσιμο" για να τροφοδοτήαει μια μαύρη τρύπα και να τεθεί σε ενέργεια ένας κβάζαρ.

Υπάρχουν αστρονόμοι που διαφωνούν με την παραπάνω θεωρία, ότι δηλαδή οι κβάζαρ δημιουργούνται μόνο εξαιτίας της σύγκρουσης γαλαξιών, και πιστεύουν ότι οι κβάζαρ είναι μονήρεις γαλαξίες που η κεντρική μαύρη τρύπα του καθενός τροφοδοτείται με μάζα από τον ίδιο τον γαλαξία.

Η ελάττωση του αριθμού των κβάζαρ που παρατηρούμε σήμερα εξηγείται με τον παρακάτω τρόπο. Σε μια δεδομένη εποχή, ίσως μερικά δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Εκρηξη, σχηματίστηκαν οι γαλαξίες.
Στον πυρήνα πολλών γαλαξιών σχηματίστηκε μια μαύρη τρύπα ως αποτέλεσμα του θανάτου ενός άστρου μεγάλης μάζας, η οποία άρχισε να αυξάνεται απορροφώντας αέρια από τον γύρω χώρο. Η μάζα και η λαμπρότητα μιας μαύρης τρύπας που καταναλώνει αέριο το οποίο αφθονεί γύρω της αυξανόταν πολύ γρήγορα.
Επομένως, την εποχή που οι γαλαξίες περιείχαν μεγάλες ποσότητες αερίου και σε μεγάλη πυκνότητα, η λαμπρότητα των κβάζαρ αυξάνονταν γρήγορα. Στη συνέχεια, η λαμπρότητα άρχισε να ελαττώνεται, καθώς οι μαύρες τρύπες κατανάλωναν όλο και περισσότερο από το διαθέσιμο αέριο που βρισκόταν στη γειτονιά τους, μέχρις ότου στο τέλος έγιναν αόρατες.

Επομένως, η σύγκρουση δύο γαλαξιών μπορεί πράγματι να δημιουργήσει έναν κβάζαρ, αλλά αυτός δεν είναι ο μόνος τρόπος. Στον τελικό έλεγχο της θεωρίας της σύγκρουσης γαλαξιών θα μπορέσουν ίσως να προβούν οι απόγονοί μας σε μερικά... δισεκατομμύρια χρόνια από σήμερα. Αν η θεωρία αυτή είναι σωστή, τότε ο Γαλαξίας μας θα μετατραπεί σε κβάζαρ αν συγκρουστεί με τον γαλαξία της Ανδρομέδας. Οι δύο γαλαξίες προσεγγίζουν μεταξύ τους με ταχύτητα 120 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο και υπάρχουν όλες οι προϋποθέσεις ώστε αν συγκρουστούν να δημιουργήσουν έναν κβάζαρ: είναι μεγάλοι σπειροειδείς γαλαξίες, πιθανώς να έχουν ήδη στα κέντρα τους μαύρες τρύπες, έχουν περίπου την ίδια μάζα και είναι πλούσιοι σε αέρια.