Co to są kwazary?
Mówiąc szczerze, nie spodziewałem się, że kiedyś postawię to pytanie, gdy w 1994 roku rozpoczynałem pisanie tej książki. Kwazary są, jak się przekonamy, czymś dziwnym, lecz piękna teoria elegancko wyjaśniła, czym są, i powiązała je z innymi zjawiskami we Wszech-świecie. Niestety w 1995 roku nowe dane z Teleskopu Kosmicznego Hubble’a podważyły to wytłumaczenie i otworzyły na nowo kwestię tożsamości kwazarów. Następna piękna teoria została zniszczona przez brzydki fakt!
Słowo „kwazar” jest spolszczoną wersją (przyp. tłum.) ściągniętej formy wyrazów angielskich (quasi stellar object – obiekt gwiazdopodobny – quasar). Zaobserwowane po raz pierwszy w 1963 roku kwazary są tak odległe, że nawet przez najlepsze dostępne wtedy teleskopy wyglądały jak punktowe źródła światła. Kwazary były zatem najbardziej odległymi obiektami, jakie mogliśmy dojrzeć. Z faktu, że można je było wykryć pomimo ich oddalenia od nas, wynika, iż muszą wysyłać w przestrzeń olbrzymie ilości energii – nawet 10000 razy więcej niż energia emitowana przez galaktykę taką jak Droga Mleczna. Dla dopełnienia całości obrazu należy dodać, że zaobserwowano, iż kwazary rozbłyskują i gasną w okresie dni lub tygodni, co oznacza, że ich źródło energii, niezależnie od tego jak potężne, musi mieć rozmiary nie przekraczające dni świetlnych czy tygodni świetlnych (dla porównania Droga Mleczna ma rozmiary nieco mniejsze niż 100000 lat świetlnych).
Sądzi się, że niektóre kwazary znajdują się w odległości ponad 14 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Tak jak ktoś zbliżający się w nocy samolotem do miasta będzie z oddali widział jedynie najjaśniejsze światła śródmieścia, tak astronomowie spoglądający w głąb kosmosu ujrzą tylko najjaśniejsze obiekty. Ponieważ światło od tych kwazarów wędrowało przez większą część życia Wszechświata, widzimy kwazary takie, jakie były miliardy lat temu, a nie jakie są teraz. Przez długi czas astronomowie sądzili, że kwazary mogłyby reprezentować pewną gwałtowną, wczesną fazę ewolucji galaktyk – etap, przez jaki każda galaktyka przechodziła na swojej drodze ku nieciekawej normalności. Wielu pisarzy (nie wyłączając mnie) spekulowało, czy astronomowie w odległej normalnej galaktyce, która kiedyś była kwazarem, mogli – patrząc na Drogę Mleczną – ujrzeć kwazar w świetle, jakie emitowała ona miliardy lat temu.
Wraz z poprawą zdolności teleskopów do wyławiania w kosmosie coraz słabszych obiektów, ten ewolucyjny punkt widzenia na kwazary tracił jednakże zwolenników, gdyż astronomowie byli w stanie wykrywać normalne galaktyki, które chociaż słabsze od kwazarów, znajdowały się tak samo daleko. Czymkolwiek kwazary są, zdają się raczej częścią galaktycznego zoo, a nie tylko jedną z faz ewolucyjnych.
Rzeczywiście, wydaje się, że we Wszechświecie mamy dwa różne rodzaje galaktyk. Bez porównania największa ich liczba jest podobna do naszej Drogi Mlecznej – przytulne, przyjazne miejsca, gdzie gwiazdy przechodzą swoją drogę ewolucyjną i gdzie mogłoby (przynajmniej w zasadzie) rozwijać się życie. Lecz niektóre galaktyki (być może nie więcej niż kilkadziesiąt tysięcy) są zupełnie inne. Są to miejsca zachodzenia gwałtownych procesów, niszczone przez eksplozje, wyrzucające w przestrzeń ogromne ilości energii. Kwazary stanowią kwintesencję tych, tak zwanych aktywnych galaktyk, lecz są również inne ich rodzaje. Wszystkie te obiekty, zwane radiogalaktykami, galaktykami Seyferta i obiektami BL Lac (lacertydami), wykazują taką samą olbrzymią wydajność energetyczną i gwałtowne zmiany jak kwazary, chociaż żadne nie są aż tak aktywne.
Teoria, która została w końcu rozwinięta w celu wyjaśnienia istoty aktywnych galaktyk, była piękna i prosta. Idea opierała się na tym, że w centrum tych galaktyk jest olbrzymia czarna dziura – w przypadku kwazara mająca masę co najmniej miliarda mas Słońca. Materia spadająca na tę czarną dziurę z otaczającej galaktyki rozgrzewałaby się i emitowała energię w przestrzeń kosmiczną. Rozbłyski powodowane byłyby przez większe kawałki materii wpadające i powodujące chwilowe pojaśnienie. W tym stanie rzeczy różnym typom aktywnych galaktyk odpowiadałyby różnej wielkości czarne dziury. Teoria wyjaśniała większość obserwowanych szczegółów aktywnych galaktyk, opierając się na fakcie, że kąt, pod jakim patrzymy na każdy z osobna układ z czarną dziurą, jest inny. Układ: czarna dziura – plus wypływająca materia – plus galaktyka macierzysta będzie inaczej wyglądał, gdy spojrzymy na niego z góry, niż gdybyśmy patrzyli nań z boku.
Ale każda teoria naukowa, niezależnie od tego, jak piękna i przekonująca, musi być poddana testom obserwacyjnym. Kluczowym fragmentem tego obrazu jest to, że każdy kwazar powinien być czarną dziurą otoczoną galaktyką macierzystą dostarczającą do niej materii. Im jaśniejszy kwazar, tym prawdopodobnie większa otacza go galaktyka. Po naprawieniu Teleskopu Kosmicznego Hubble’a astronomowie po raz pierwszy uzyskali instrument badający kwazary na tyle dokładnie, by ujrzeć te galaktyki macierzyste.
Lecz nie zobaczyli ich. W 1995 roku naukowcy oznajmili, co stało się jednym z najbardziej zaskakujących wydarzeń współczesnej astronomii, że ich pierwszy przegląd ukazał dużą liczbę „nagich” kwazarów – kwazarów, w których centralny jasny punkt wydawał się niczym nie otoczony. Z czternastu galaktyk początkowego przeglądu osiem nie wykazywało żadnych śladów galaktyki macierzystej, a jedynie trzy miały takie galaktyki o typach przewidywanych przez teorię. Od tego czasu powtórne obserwacje wykryły słabe galaktyki w kilku (lecz nie wszystkich) „nagich” kwazarach.
Tak więc jesteśmy znów w punkcie wyjścia. Najstarsze, najbardziej odległe obiekty we Wszechświecie znalazły się znów wśród najbardziej zagadkowych.
Przypis: Niestety, napisanie tego artykułu było przedwczesne. Niedługo po tym okazało się, że „nagie” kwazary są wynikiem błędnego opracowania danych. Dzisiaj nie obserwuje się kwa-zara bez otaczającej go galaktyki macierzystej. A nawet jeśliby się zaobserwowało, to zawsze można sobie wyobrazić, że znajduje się on w jądrze galaktyki, w której nie zdążyły się jeszcze utworzyć gwiazdy, istnieje tylko czarna dziura i nie świecący gaz, z którego dopiero powstaną gwiazdy!