Номер 5, страница 292 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Что называют квазаром? Какими свойствами обладают эти небесные тела?

Что называют квазаром

Квазар (сокращение от англ. quasi-stellar radio source — «квазизвёздный радиоисточник») — это класс чрезвычайно мощных и далёких астрономических объектов. По современным представлениям, квазары являются активными ядрами галактик на раннем этапе их эволюции. В центре такого ядра располагается сверхмассивная чёрная дыра, которая активно поглощает окружающее вещество: газ, пыль и даже целые звёзды. Этот процесс, называемый аккрецией, приводит к формированию вокруг чёрной дыры разогретого до миллионов градусов аккреционного диска. Вещество в диске, падая на чёрную дыру, выделяет колоссальное количество энергии в виде электромагнитного излучения, что и делает квазар одним из самых ярких объектов во Вселенной.

Какими свойствами обладают эти небесные тела

Квазары характеризуются рядом уникальных наблюдаемых свойств:

1. Высочайшая светимость. Квазары — одни из самых ярких объектов в известной нам Вселенной. Их светимость может в сотни и тысячи раз превышать суммарную светимость всех звёзд в галактике, подобной Млечному Пути. Типичная болометрическая светимость квазара составляет $10^{38}–10^{42}$ Вт, что эквивалентно светимости от сотен миллиардов до десятков триллионов Солнц.

2. Большое красное смещение ($\text{z}$). Спектры квазаров показывают очень большое красное смещение, что в соответствии с законом Хаббла-Леметра указывает на их огромную удалённость от нас (миллиарды световых лет). Это означает, что мы наблюдаем квазары такими, какими они были в далёком прошлом, в эпоху молодой Вселенной.

3. Компактный размер. Несмотря на гигантскую светимость, область, генерирующая основное излучение, имеет очень малые размеры. Об этом свидетельствуют быстрые изменения их блеска, которые могут происходить за временные интервалы от нескольких часов до нескольких месяцев. Согласно принципу причинности, размер излучающей области не может превышать расстояние, которое свет проходит за время переменности ($R \le c \Delta t$). Это даёт оценку размера центрального «двигателя» квазара, сопоставимую с размерами Солнечной системы.

4. Источник энергии — сверхмассивная чёрная дыра. Энергия квазара выделяется в результате аккреции вещества на сверхмассивную чёрную дыру с массой от миллионов до десятков миллиардов масс Солнца ($10^6 - 10^{10} M_☉$). Гравитационная потенциальная энергия падающего вещества преобразуется в кинетическую энергию, тепло и, в конечном итоге, в мощное излучение.

5. Широкий спектр излучения. Квазары излучают энергию во всём электромагнитном диапазоне: от радиоволн до жёсткого рентгеновского и гамма-излучения. Их спектр имеет нетепловую природу, что отличает его от спектра звёзд.

6. Релятивистские джеты. Многие квазары (особенно «радиогромкие») выбрасывают из своих полярных областей узконаправленные струи вещества (джеты), движущиеся со скоростями, близкими к скорости света. Эти джеты являются мощными источниками синхротронного излучения, особенно в радиодиапазоне.

7. Широкие эмиссионные линии. В оптических спектрах квазаров наблюдаются характерные очень широкие и яркие линии излучения (эмиссионные линии) водорода, углерода, магния и других элементов. Считается, что их ширина обусловлена эффектом Доплера от газа, который вращается с огромными скоростями (тысячи километров в секунду) в непосредственной близости от центральной чёрной дыры.

Ответ: Квазар — это активное ядро очень далёкой и молодой галактики, источником колоссальной энергии которого является сверхмассивная чёрная дыра, поглощающая окружающее вещество. Основные свойства квазаров: 1) огромная светимость, превышающая светимость целых галактик; 2) большое красное смещение, указывающее на их удалённость и принадлежность к ранней Вселенной; 3) компактность излучающей области; 4) излучение во всём диапазоне электромагнитного спектра; 5) наличие характерных широких линий излучения в спектре; 6) у многих квазаров — наличие релятивистских джетов.