Кваза́р (, скор. від — квазізоряне радіоджерело) — надзвичайно світне активне ядро галактики, що характеризується яскраво вираженими емісійними лініями, сильно зсунутими в червоний бік спектра.
Квазари виявлено 1963 року як джерела радіовипромінювання з дуже малими кутовими розмірами (менше від 10″). Потім вони були ототожнені з тьмяними оптичними об'єктами 16—18m. Згодом виявлено джерела, що за оптичними характеристиками від квазарів не відрізнялися, проте не випромінювали в радіодіапазоні. Сьогодні квазарами називаються обидва типи об'єктів: перші — радіогучними або радіоголосними, а другі — радіотихими. Радіоголосні квазари становлять декілька відсотків загальної кількості квазарів.
Випромінювання квазара походить з акреційного диска навколо надмасивної чорної діри в центрі галактики. Енергія випромінювання квазарів величезна — найпотужніші з них мають світність у тисячі разів більшу, ніж галактики, подібні до Чумацького Шляху. Червоні зсуви квазарів можуть сягати значення і навіть більше і мають космологічне походження, тобто виникають завдяки розширенню Всесвіту. У спектрах багатьох квазарів крім емісійних ліній є одна або декілька систем ліній поглинання, червоний зсув яких менший, ніж емісійних ліній. Ці лінії поглинання формуються на шляху між квазарами й спостерігачем.
Квазари виявляють змінність у широкому часовому діапазоні — від кількох хвилин до кількох років. Оптично змінні квазари часто об'єднують із лацертидами в один клас — блазари. Наявність квазара в галактиці відносить цю галактику до галактик з активними ядрами. Галактики із квазарами, радіогалактики й галактики Сейферта — це об'єкти одного роду, які перебувають на різних етапах своєї еволюції. Скоріш за все, за віком галактики із квазарами молодші, а галактики Сейферта — старіші.
Огляди неба, метою яких є відкриття квазарів, показали, що квазари були більш поширені в далекому минулому; найбільше їх було близько 10 млрд років тому. В найбільших каталогах квазарів станом на початок третьої декади 21 ст. їхня кількість сягає сотні тисяч спостережних об'єктів. Сукупності квазарів в межах однієї галактичної нитки називають великими групами квазарів. Це одні з найбільших відомих структур у Всесвіті, їх розмір може сягати сотні мільйонів парсек.
Історія досліджень
Перші квазари (3C 273 і 3C 48) як джерела радіовипромінювання виявили в радіооглядах неба наприкінці 1950-х років. Відповідні оптичні об'єкти було знайдено не одразу. За допомогою інтерферометра з телескопів Ловеллівської обсерваторії було показано, що ці радіоджерела мають дуже малий кутовий розмір.
1960 року Елан Сендидж і Томас А. Метьюз виявили на місці радіоджерела 3C 48 слабку блакитну зорю й отримали її спектр. Він містив велику кількість невідомих широких емісійних ліній, а фотометрія показувала змінність об'єкта й значний надлишок ультрафіолету порівняно зі звичайними зорями.
У 1962 році було передбачено, що радіоджерело 3C 273 зазнає п'ятиразового покриття Місяцем. Вимірювання, здійснені Сирілом Хазардом і Джоном Болтоном з радіотелескопа ім. Паркса, дозволили ідентифікувати оптичний об'єкт. У грудні 1962 року Мартен Шмідт отримав його спектр, використавши п'ятиметровий телескоп Гейла Паломарської обсерваторії. У цьому спектрі він виявив такі ж невідомі емісійні лінії. Однак Шмідт усвідомив, що це спектральні лінії водню, зсунуті в червоний бік спектра на 15,8%. Це означало, що 3C 273 віддаляється зі швидкістю 47 000 км/с. Відкриття призвело до революційних змін у розумінні природи цих об'єктів і дозволило астрономам визначити червоний зсув у спектрі інших оптичних відповідників радіоджерел. Для 3C 48 червоний зсув відповідав швидкості руху 37% від швидкості світла.
Ці об'єкти отримали назву «» — квазізоряні (зореподібні) радіоджерела. Термін «квазар» () запропонував американський астрофізик китайського походження Хонг-Ї Чіу 1964 року в журналі «Physics Today» як альтернативу довгої назви «квазізоряні радіоджерела» ().
1965 року Сендидж показав, що існує велика популяція об'єктів, ідентичних квазарам за спектральними характеристиками, які, проте, не виявляють себе в радіодіапазоні. Він назвав їх «блакитними зоряними об'єктами» (). Обидві категорії спочатку об'єднували під назвою «квазізоряні об’єкти» (), а надалі назву «квазар» стали вживати щодо обох категорій, поділяючи квазари на «радіогучні» й «радіотихі».
Протягом 1960-х років велася дискусія про те, чи є квазари близькими або віддаленими об'єктами. Були припущення, що червоний зсув у спектрах квазарів є свідченням не розширення простору, а потужного гравітаційного поля цих об'єктів. Проте це спростував Шмідт у 1964 році. Незвичайні емісійні лінії квазарів нагадували лінії, що спостерігаються в гарячих газових туманностях низької густини. Однак такі туманності надто розріджені, щоб пояснити спостережувану потужність ліній. Утім, космологічне пояснення зміщення спектрів квазарів також наштовхнулось на труднощі. Одним із вагомих аргументів проти цієї ідеї було те, що квазари в такому випадку мають випромінювати надто велику енергію, щоб це можливо було пояснити за допомогою відомих фізичних процесів, включно з ядерним синтезом. Висловлювалися й екзотичні гіпотези: що квазари утворилися з досі невідомої форми стабільної антиречовини, і це може пояснити їхню світність; або, що квазари є білими дірами — протилежностями поглинаючих чорних дір.
Коли в 1970-х роках було успішно змодельовано виділення необхідної енергії в акреційному диску навколо чорної діри, аргументи про космологічні відстані до квазарів стали сприйматися майже всіма дослідниками. Ефективність випромінювання дисків становить в середньому 10%. Квазари почали класифікувати як один із типів активних ядер галактик. Така інтерпретація також пояснює, чому квазари були поширені в ранньому Всесвіті. Випромінювання енергії практично припиняється, коли надмасивна чорна діра поглинає весь газ і пил навколо себе. Імовірно, більшість галактик, зокрема й Чумацький Шлях, пройшли через активну стадію, але зараз не мають достатньо речовини для утворення акреційного диска навколо центральної чорної діри.
1979 року було підтверджено, що подвійний квазар 0957+561 є насправді двома зображеннями того самого квазара, утвореними внаслідок гравітаційного лінзування — ефекту передбаченого Ейнштейном у загальній теорії відносності. У 13-й редакції каталогу VERON (2010 року) налічувалося близько 133 тис. квазарів.
У квітні 2019 року група вчених, за допомогою Телескопа горизонту подій (англ. Event Horizon), вперше отримали зображення чорної діри. Їм вдалося зробити знімок так званого горизонту подій чорної діри в центрі еліптичної галактики Мессьє 87, яка знаходиться на відстані 55 мільйонів світлових років від Землі в сузір’ї Діви. А через два роки, у березні 2021 року, вони вперше показали, який вона має вигляд у поляризованому світлі.
Дослідження, опубліковане в лютому 2021 року, показало, наявність більшої кількості квазарів в одному напрямку (до Гідри), ніж у протилежному, що мало б вказувати на те, що і Земля рухається в цьому напрямку. Але напрямок цього диполя знаходиться приблизно на 28° від напрямку руху Землі відносно реліктового випромінювання.
Найближчий відомий квазар (Markarian 231 z = 0,04) знаходиться на відстані близько 600 мільйонів світлових років від Землі. Рекорд найвіддаленішого відомого квазара постійно змінюється.
У 2017 році був виявлений квазар ULAS J1342+0928 з червоним зміщенням z = 7,54. Світло, яке спостерігалося від цього квазара з масою 800 мільйонів сонячних мас, випромінювалося, коли Всесвіту було лише 690 мільйонів років. На початку 2021 року було зареєстровано квазар QSO J0313–1806 з чорною дірою з масою 1,6 мільярда сонячних мас з z = 7,64, через 670 мільйонів років після Великого вибуху. Наприкінці 2023 було виявлено квазар UHZ1 з червоним зміщенням 10,1. Це червоне зміщення зробило його найдальшим і, отже, найдавнішим квазаром у спостережуваному Всесвіті. Світло, що спостерігається від цього квазара, було випущено, коли Всесвіту було лише 470 мільйонів років. Надмасивна чорна діра в цьому квазарі, оцінена в 40 мільйонів сонячних мас, є найвіддаленішою чорною діркою, виявленою на 2023 рік. Починаючи з другої декади 21 ст. вчені знаходяться великі групи квазарів. Відкриття цих груп відбувається завдяки використанню одного з кількох методів статистичного аналізу: кореляційної функції, метод «MST m,» (який початково використовувався в біології) та деякі інші.
Сучасне уявлення Зараз відомо, що квазари є далекими, але надзвичайно яскравими об'єктами, тому будь-яке світло від квазарів, яке досягає Землі, має досить значне космологічне червоне зміщення.
Квазари розташовані в центрах активних галактик і є одними з найбільш яскравих, потужних і енергетичних об'єктів, відомих у Всесвіті. Вони випромінюють у тисячу разів більше енергії, ніж весь Чумацький Шлях, який містить 200—400 мільярдів зір. Світло від квазарів настільки потужне, що зазвичай розгледіти світло від галактики, в центрі якої перебуває квазар, неможливо. Енергія квазарів випромінюється у всьому електромагнітному спектрі від рентгенівського до інфрачервоного діапазону з піком в ультрафіолетовому діапазоні, при цьому деякі квазари також є потужними джерелами радіовипромінювання та гамма-променів. За допомогою зображень із високою роздільною здатністю, зроблених наземними телескопами та космічним телескопом Габбла, у деяких випадках було виявлено материнські галактики квазарів. Зазвичай ці галактики занадто тьмяні, щоб їх можна було побачити на тлі блиску квазара, якщо не спостерігати їх за допомогою спеціальних методівHubble Surveys the «Homes» of Quasars . Hubblesite News Archive, Release ID 1996–35.. Однак, для земного спостерігача самі квазари досить тьмяні через величезні відстані до них. Лише сім з них мають зоряну величину менше +14, тобто, для їх спостереження навіть за ідеальних умов потрібен телескоп з апертурою хоча б 30 см.
Згідно з гіпотезою Едвіна Солпітера і Якова Зельдовича, яку вони запропонували у 1964 році, і яка вже отримала чимало підтверджень, квазари випромінюють за рахунок акреції речовини в диск навколо надмасивних чорних дір в ядрах галактик. Випромінювання чорної діри не може вийти за межі горизонту подій, але випромінювання квазара генерується зовні чорної діри. Речовина, що наближається до чорної діри, навряд чи впаде прямо в неї, оскільки має певний момент імпульсу, що спричиняє утворення акреційного диска. В акреційному диску відбувається значне нагрівання газу через його в'язке тертя. Це нагрівання й призводить до дуже інтенсивного випромінювання. На випромінювання перетворюється від 5,7 % до 32 % маси речовини, що набагато більше порівняно з 0,7 % для процесу термоядерного синтезу протон-протонного циклу, який домінує у виробництві енергії в сонцеподібних зорях. Центральні маси від 105 до 109 були виміряні в квазарах за допомогою . Підтверджено, що кілька десятків сусідніх галактик (включаючи й Чумацький Шлях), які не мають активного центру та не виявляють жодної активності, мають у своїх ядрах подібну надмасивну чорну діру. Зараз вважається, що переважна більшість великих галактик містять надмасивні чорні діри, але лише невелика частка має достатню кількість речовини на необхідній відстані від центру, щоб стати активними та перейти в категорію квазарів.
Це також пояснює, чому квазари були більш поширені в ранньому всесвіті — випромінювання майже припиняється, коли надмасивна чорна діра поглинає більшість газу й пилу навколо неї. Це означає, що більшість галактик, включно з Чумацьким Шляхом, імовірно пройшли через активну стадію, коли вони були квазарами або активними галактиками іншого класу, що залежить від маси чорної діри та швидкості акреції. На нинішньому етапі еволюції вони перебувають у стані спокою, оскільки для генерації потужного випромінювання бракує речовини, яка падала б у їхні центральні чорні діри.