Quasars và những bí ẩn !!!

[mtcorp]

Hệ thống quảng cáo SangNhuong.com

Các nhà thiên văn đã khám phá ra một loại thiên thể mà hình ảnh của chúng không trải rộng ra như hình ảnh của một thiên hà mà có dạng gần tròn và hữu hạn trông giống các ngôi sao thông thường trong Dải Ngân Hà. Tuy nhiên, các phép đo phổ lại cho thấy rằng phổ của chúng bị dịch chuyển nhiều về phía bước sóng dài, gợi lên rằng các vật thể này phải ở xa bên ngoài Thiên Hà của chúng ta. Vì Vũ trụ đang giãn nở, tất cả các thiên hà đều chạy ra xa chúng ta và các vạch phổ của chúng dịch chuyển về phía đỏ theo định luật Doppler. Thiên thể càng ở xa càng lùi nhanh ra xa và độ dịch chuyển về phía đỏ của chúng càng lớn (xem chương XI). Mối liên hệ này cũng áp dụng cho các quasar. Do đó, các quasar ở cách chúng ta rất xa.

Bản chất của quasar là gì?

Thực chất, quasar sáng gấp hàng ngàn lần các thiên hà sáng nhất mặc dầu các quasar hiện ra như những vật thể rất mờ trên bầu trời vì chúng ở xa. Quasar thuộc vào những loại thiên thể sáng nhất trong Vũ trụ (Hình X.3). Các nghiên cứu quang phổ đã cho thấy rằng bức xạ của quasar được phát ra bởi các khí nóng tương tự như các khí được tìm thấy ở trung tâm các thiên hà có dạng bất thường có nhân rất hoạt động và rất sáng. Các vạch phát xạ của chúng trải rộng ra. Điều đó cho thấy rằng các đám mây khí nóng trong các quasar chuyển động với tốc độ hàng trăm kilomet mỗi giây. Các quasar cũng là những nguồn phát xạ tia X và vô tuyến rất mạnh. Điều khá kỳ lạ là tất cả năng lượng này được giữ trong một thể tích có đường kính chỉ vài năm ánh sáng - một thể tích cực kỳ nhỏ so với kích thước của thiên hà, khoảng 100.000 năm ánh sáng.

Làm sao chúng ta biết được rằng các quasar lại nhỏ và có mật độ vật chất lớn như vây?

húng ta không dễ gì đo được một cách trực tiếp kích thuớc của các vật thể này vì chúng nằm xa trong Vũ trụ đến mức đường kính biểu kiến của chúng quá nhỏ, không thể phân giải được dù với những kính thiên văn lớn nhất. Các nhà thiên văn sử dụng một trong những đặc tính quan trọng nhất của các quasar -sự biến thiên cường độ ánh sáng và cường độ bức xạ vô tuyến của chúng- để ước tính kích thước của các quasar. Đặc biệt độ chói biểu kiến của các quasar biến thiên, thay đổi nhiều cấp trong thời gian vài năm. Những vụ nổ sản sinh ra các đám mây chứa các electron năng lượng cao mới được tạo thành. Những đám mây này phát bức xạ vô tuyến synchrotron. Dù cho các mảnh vỡ còn lại của các vụ nổ này lan truyền với tốc độ ánh sáng c thì cũng phải có một độ trễ về thời gian giữa bức xạ đi tới Trái đất từ phía sau của quasar so với bức xạ đi tới Trái đất từ phía trước của quasar, ở gần người quan sát hơn. Như vậy từ thang thời gian biến thiên t đo được, chúng ta có thể xác định được khoảng lan truyền của ánh sáng ct, khoảng này phải tương ứng với đường kính cực đại của nguồn. Kết quả vào cỡ hàng năm ánh sáng. Kích thước thực tế đương nhiên nhỏ hơn vì chúng ta đã giả sử rằng các vụ nổ lan truyền với tốc độ ánh sáng c.

Các quan sát cho thấy rằng trong Vũ trụ, số quasar ở các khoảng cách lớn hơn nhiều hơn so với số quasar ở các khoảng cách bé hơn. Điều này có nghĩa là ở trong Vũ trụ ban đầu đã có nhiều quasar hơn. Kết quả này phù hợp với lý thuyết về Vụ nổ lớn tạo ra một Vũ trụ tiến hóa .



Hình một quasar QSO 1229+204 (Canada-France-Hawai telescope)

Động cơ trung tâm.

Bản chất của động cơ cung cấp cho quasar một năng lượng lớn như vậy là gì?
Sự ra đời của các kính thiên văn quang học và các kính thiên văn vô tuyến lớn và sự tiến bộ trong vật lý các vật thể khối lượng lớn và có mật độ vật chất lớn đã cho phép các nhà thiên văn đề xuất một số lý thuyết. Một trong những lý thuyết này cho rằng các quasar có liên quan tới nhân hoạt động mạnh của một số thiên hà. Một tập hợp sao có khối lượng lớn va chạm với nhau trong vùng trung tâm của thiên hà gây ra những vụ nổ sao siêu mới có thể cung cấp năng lượng cho một quasar. Một lý thuyết khác, phổ cập hơn, cho rằng bản thân quasar là một lỗ đen "ăn thịt đồng loại" khổng lồ có khối lượng bằng hàng trăm triệu khối lượng Mặt Trời, tích trữ vật chất xung quanh một đĩa bồi tụ. Vật chất bồi tụ nóng đến mức nó phát ra bức xạ X. Người ta cho rằng một lỗ đen có khối lượng siêu lớn như vậy có thể được hình thành do sự kết nhập của các lỗ đen riêng rẽ, có khối lượng bé hơn và là tàn dư của các sao có khối lượng lớn. Các va chạm của các thiên hà với các quasar có thể cung cấp khí làm nhiên liệu cho các lỗ đen trung tâm. Đám mây mờ xung quanh lõi một số quasar đã được phân giải thành một chuỗi đám sao. Chuỗi đám sao này có thể được tạo thành sau vụ va chạm với một thiên hà đồng hành. Nhờ có độ phân giải không gian đặc biệt cao của kính thiên văn vũ trụ Hubble, chúng ta mới có thể phát hiện ra cấu trúc tinh tế đó trong các quasar.

Các nguồn vô tuyến ngoài thiên hà

Các thiên hà có nhân đang hoạt động và các quasar là những nguồn phát xạ sóng vô tuyến synchrotron mạnh. Vì chúng ở rất xa nên cần phải được quan sát với độ phân giải góc lớn để phân biệt các chi tiết bên trong các thiên thể này. Kỹ thuật đo giao thoa vô tuyến được sử dụng để tăng độ phân giải.

Các nguồn vô tuyến liên quan với các thiên hà và các quasar, gồm chủ yếu ba thành phần:
i) một nguồn có mật độ vật chất lớn ở trung tâm, gọi là nhân.
ii) hai "búp" không có tỷ trọng lớn được phân bố ở hai bên.
iii) hai tia nối nhân với các búp.

Cấu trúc các thiên hà vô tuyến và các quasar



Hình X.3 cho chúng ta thấy ảnh vô tuyến của một thiên hà vô tuyến, mang tên 3C 111, thu được ở tần số 1612 MHz (bước sóng 18 cm) nhờ kỹ thuật giao thoa.

Ảnh của thiên hà vô tuyến 3C 111 ở tần số vô tuyến 1612 MHz. ( Màu giả tạo). Các electron được phát ra với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng từ lõi trung tâm và bị bắt giữ trong hai búp vô tuyến. Cũng có cả một tia hẹp và một quầng mờ. (Ảnh vô tuyến được chụp bởi Nguyễn Quang Riệu và Anders Winnberg dùng Hệ giao thoa rất lớn của Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia Mỹ).

Nhờ có độ phân giải góc 4 giây cung khá cao đối với một dụng cụ hoạt động ở bước sóng cm, mà các nhà thiên văn phân giải được cấu trúc của nguồn vô tuyến này. Khoảng cách của nguồn vô tuyến được ước tính từ độ dịch chuyển về phía đỏ z=0,0485 của nó (xem chương XI) là ~200 Mpc. Lõi trung tâm, không phân giải được, trùng với vị trí của thiên hà quang học rất mờ (không nhìn thấy trên hình X.3). Nó là động cơ năng lượng trung tâm. Có thể nhìn thấy rõ một tia có độ chuẩn trực cao nối lõi với một trong các búp vô tuyến. Tuy nhiên, tia đối xứng thứ hai bị thiếu. Có một quầng vô tuyến có dạng gần giống ellip bao quanh toàn bộ. Các hạt tương đối tính được phun từ nhân thiên hà vào các búp trong đó có từ trường. Các tia siêu âm cao độ vật chất, đập vào môi trường giữa các thiên hà với tốc độ hàng nghìn kilomet mỗi giây.

Cấu trúc vô tuyến đó là điển hình cho cả các thiên hà vô tuyến và các quasar. Các thiên hà vô tuyến nói chung xuất phát từ các thiên hà ellip khổng lồ có nhân sáng, còn các đối thể quang học của các quasar là những thiên thể ở xa, có dạng giống như các ngôi sao.

...

Nguồn: http://vietsciences.free.fr - Nguyễn Quang Riệu