Astronomie v obrazech - Krotitelé galaxií

(V tomto textu je 13x použita předpona nej-. Ale kvazary zlomily mnohem více rekordů. A tento článek bude 2. nejdelší z této části seriálu Astronomie v obrazech.)

Všechny kvazary jsou od nás naštěstí velmi daleko. Ten NEJBLIŽŠÍ je od nás asi 500 milionů světelných let. Dnes bude text o tom, který je pro nás nejjasnější. Ale první objevené kvazary zůstaly po detekci nějakou dobu záhadou. Bylo na nich zvláštní vlastně všechno:

• ☯ Výrazné posunutí k delším vlnovým délkám – vysoký červený posuv
• ☯ Velmi rychlá proměnnost zdroje projevující se rychlým „mrkáním“
• ☯ Silné rádiové záření
• ☯ Výstřední spektrum, do té doby nepozorované u žádných objektů
• ☯ Bodové zdroje s nerozlišitelnými rozměry

Kvůli těmto vlastnostem si udržely pár let přezdívku QSOs, neboli kvazistelární objekty.

Asi půl století zpět v čase způsobily tyto objekty revoluci v extragalaktické astronomii. Jejich objev je důsledkem mezinárodní spolupráce Angličana pracujícího v Austrálii a Nizozemce pracující v USA. Tato spolupráce se také konala skrze objektivy dvou tehdy největších teleskopů na světě: Parkes (530cm) a Palomar (510cm). Angličanem byl Cyril Hazard, výzkumník v oboru okultací rádiových zdrojů.

Pozorování měsíčních okultací funguje na principu zákrytu pozorovaného objektu obrysem Měsíce a následných “východem” zpoza něj na druhé straně. Tato technika vedla ke změně signálu z rádiového zdroje a k časově přesnému měření, které umožnilo také přesné určení polohy. Hazard byl pionýrem této techniky, kterou mu bylo umožněno určit polohy objektů s přesností až na úhlovou vteřinu. Video ukázkové okultace můžete vidět v sekci  The Circumstances of the Occultations.

Rok 1962 byl rokem dramatických očekávání. Ve 3. Cambridgeském katalogu rádiových zdrojů na nebeské obloze už byly zařazeny pekuliární zdroje, jako například 3C 273. Označení znamená ve 3. katalogu 273. objekt v pořadí podle astronomických souřadnic. Pozorování proběhlo mj. také v srpnu, kdy byl ředitelem Parkesovy observatoře John Bolton. Podle vyprávění jeho kolegů byl před nadcházejícím pozorování tak nervózní, že provedl drastická opatření, aby všechno dopadlo správně. 3C 273 se nacházel relativně nízko nad obzorem, a proto Bolton dokonce uřízl žebřík ze vnější strany teleskopu, aby se anténa mohla dostat co nejníže. Přestože toto opatření nebylo nutné, tato noc se proměnila v zábavnou historku vyprávěnou i o půl století později. Necelý žebřík lze vidět na obrázku.

I přes tuto drastickou úpravu dalekohled ještě prožil bohatou kariéru plně funkční. Skrze něj byl přímým přenosem vysílán dosed družice Apollo 11 na Měsíc.

Analýza dat ukázala dvojitý zdroj záření na 410 MHz, ale jen jeden zdroj na 136 MHz. Bolton následně kontaktoval Maartena Schmidta s prosbou o možnou identifikaci 3C 273 na observatoři Palomar. Výsledkem společné analýzy vzniklo pozorování dole. Jasná šmouha uprostřed s jasným chvostem na pěti hodinách. Tato fotografie je tzv. negativ, tedy s obrácenými barvami.

Spolupráce dvou observatoří následně identifikovala jako objekt jako

• 1. kvazar

• 1. jet ve viditelném i rádiovém spektru

• 1. obrácené rádiové spektrum

• 1. rádiovou strukturi s rozměry menšími než 1 úhlová vteřina

• 1. černou díru 

Po analýze tohoto nevídaného objektu napsal Bolton: “Mysleli jsme, že jsme se dívali na hvězdu. Nebyla to hvězda. ….  Absolutní hvězdná velikost je -24, o 2 řády vyšší hodnota než cokoliv nám známé …”.* Jsou totiž dva způsoby posouzení jasnosti objektu: jak jasný je pro nás x jak jasný je objektivně, kolik záření opravdu vydává. Co se nám snaží Bolton říct? Posuďte sami na tomto příkladu: Pollux je nejjasnější hvězda v souhvězdí Blíženců se vzdáleností 10 parseků. Mávnutím proutku je z ní kvazar 3C 273. Jak jasný pro nás bude? Jako Slunce. Měli bychom na obloze dvě "Slunce". 

Tento exemplář kvazarů je ale ještě zajímavější, než jsme si zatím nastínili. 3C 273 je jeden z nejjasnějších kvazarů. A to jich bylo objeveno přes 1 milion. Nejenže přezáří celou svoji galaxii, ale Hubbleův vesmírný dalekohled musel použít na jeho pozorování koronograf. To je přístroj používaný primárně k pozorování sluneční koróny, aby mohl odstínit extrémně silný zdroj záření.

Když se ještě jednou podíváme na obrázek Palomarského pozorování, uvidíte v úvodu již uvedený jet [džet]. Je to materiál vyvržený černou díru relativistickými rychlostmi. Díky němu jsou kvazary rádiové zdroje - jety silně září mj. také v rádiovém oboru elektromagnetického spektra. A jsou opravdu horké. Jet prvního kvazaru je tak horký, že v roce 2016 prolomil teoretický horní limit teploty o 2 řády. Jeho teplota je šílených 10 000 000 000 000 K (10 biliónů Kelvinů). Nejsme tedy daleko od pravdy, když prohlásíme, že tento objekt je nejteplejší místo ve vesmíru. Mimochodem, jet je 2x delší než rozměry naší Galaxie. Kdyby těch extrémů nebylo málo. 

V roce 1970 Schmidt ve svém článku napsal, že pro tento objekt je používáno označení kvazar. Načež mu tehdejší editor časopisu ApJ a budoucí laureát Nobelovy ceny za fyziku, S. Chandrasekhar, odpověděl:

„The Astrophysical Journal dosud termín ‚kvazar‘ neuznával; nyní však s lítostí přiznává, že podle Dr. Schmidta už jej vzhledem k přesnosti jeho definice nelze dále přehlížet.”

Hazard i Schmidt se dožili vysokého věku, oba opustili tento svět relativně nedávno (2025, 2022). Revoluci v astronomii, kterou odstartovali, měli možnost pozorovat od začátku.

*Slovo magnituda uvidíte v astronomii úplně všude. Ať už se bavíme o kvazarech nebo našem Měsíci. Vítejte u další, hodnotově naprosto nesmyslné fyzikální veličiny. Při pomyšlení na magnitudu se mi často vybaví posloupnost hvězd podle jejich teploty. Je označená písmeny - smysl by dávalo něco jako A-B-C-D- … od nejteplejších a nejhmotnějších hvězd k těm slabším, ne? Ani náhodou:

O-B-A-F-G-K-M

Magnituda je ale mnohem výstřednější: je to jednotka, ne fyzikální veličina. Patří ke hvězdné velikosti. Je to číslo, ale

• jasnější objekty mají nižší číslo
• rozdíl jedné magnitudy znamená poměr v zářivém výkonu asi 2.511
• středový bod v této škále je určen hvězdou Vegou.

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Inspirace pro náhled+zajímavé video
[2] Blízký jet v galaxii M87