3C 273 – квазар в созвездии Дева. Самый яркий квазар на звёздном небе Земли. Светимость 3С 273 (~1,1538 · 1040 Вт) приблизительно в сто раз превышает светимость нашей Галактики, считающейся гигантской звёздной системой. Масса 3C 273 оценивается в 886 ± 187 млн масс Солнца, имеет эффективную температуру от 10 до 40 триллионов градусов Цельсия. Это примерно в десять раз выше значений, которые допускает теория.

Квазар 3C 273, удаленный на 2,44 миллиарда световых лет от Земли, примерно в четыре триллиона раз ярче Солнца и в 100 раз ярче всех звезд нашей Галактики вместе взятых.

Если бы 3C 273 находился на расстоянии 33 световых года от нашей планеты, что в 7,8 раза дальше ближайшей к нам звезды (Проксима Центавра удалена на 4,23 световых года от Солнечной системы), то он бы сиял на небе так же ярко, как Солнце в самый ясный день. И это при том, что Солнце находится всего в восьми световых минутах от Земли.

Термин «квазар» происходит от словосочетания «квазизвездный радиоисточник», которое отсылает нас к тому факту, что при беглом осмотре неба эти объекты похожи на звезды. На деле же любой квазар – это чрезвычайно активный центр очень далекой галактики, питаемый огромным газопылевым диском, окружающим сверхмассивную черную дыру.

Когда материал с диска падает на черную дыру, то все квазары, в том числе 3C 273, «выстреливают» сверхбыстрыми джетами (струями раскаленной плазмы) в окружающее пространство. Стоит отметить, что квазары – это характерная черта молодой Вселенной. Все эти загадочные объекты находятся на невообразимом расстоянии от нашей планеты, и это указывает на то, что они были лишь переходным этапом развития Космоса.

Квазары – компактные космические источники излучения огромной мощности, которая иногда в сотни раз превышает суммарную мощность излучения всех звезд нашей галактики. С того самого времени, как их обнаружили в конце 1950-х годов, они служат объектом пристального внимания астрономов: квазары помогают изучать структуру и эволюцию Вселенной, физику экстремальных состояний материи и процессов, связанных со сверхмассивными черными дырами.

По современным представлениям, квазар как раз и есть сверхмассивная черная дыра с массой от сотен тысяч до десятков миллиардов масс Солнца, расположенная в центре галактики. Он притягивает окружающую материю, которая разгоняется и закручивается вокруг него в диск, нагреваясь до сверхвысоких температур. Часть плазмы с огромной скоростью выбрасывается прочь в виде узких струй, получивших название джетов. Диск и джеты служат источниками излучения, яркость которого принято характеризовать с помощью эффективной температуры – под нею понимают температуру, до которой надо нагреть так называемое черное тело, чтобы оно стало светить с той же яркостью.

Наблюдая за одним из самых известных квазаров 3С 273 с помощью уникального наземно-космического интерферометра «Радиоастрон», исследователи обнаружили нечто неожиданное: его эффективная температура оказалось чрезвычайно высокой – от 10 до 40 триллионов градусов, что примерно в 10 раз выше, чем допускает теория, описывающая общепринятый механизм излучения квазаров. Результаты наблюдений исследователи опубликовали в журнале Astrophysical Journal Letters.

Считается, что наибольшую эффективную температуру имеют джеты квазаров, и её максимум равен 500 млрд градусов. Ограничение связано с тем, что при большой плотности излучения создающие его релятивистские электроны, сталкиваясь с фотонами, отдают им свою энергию, тормозятся и «охлаждаются» – получается эффект обратной комптоновской катастрофы (такое название связано с тем, что передача энергии от фотонов к электронам называется комптоновским рассеянием света).

Эффективная температура излучения свыше 10 триллионов градусов, которую наблюдали у квазара 3С 273, этим объяснениям противоречит. Пока обнаруженный феномен остаётся загадкой, хотя астрофизики уже высказали несколько объясняющих гипотез. Вполне возможно, что это открытие станет новым шагом в астрофизике.

3C 273 оптически самый яркий квазар в небе (m~12.9), и один из самых близких с красным смещением. Расстояние светимости 749 мегапарсеков (2,4 световых года). Это также один из самых ярких известных квазаров с абсолютной величиной -26,7, что означает, что если бы он был так же далек, как звезда Поллукс (~10 парсеков), он казался бы почти таким же ярким на небе, как Солнце. Квазар 3C 273 более чем в 4 триллиона раз ярче нашего светила. Масса его центральной черной дыры была измерена и составила 886±187 миллионов солнечных масс.

Название означает, что это был 273-й объект в каталоге, а “3C” принадлежность объекта к третьему Кембриджскому каталогу радиоисточников, который был опубликован в 1959 году. После того, как точные положения были получены Кириллом Хазардом, радиоисточник был связан с оптическим аналогом, звездообразным объектом. В 1963 году Мартен Шмидт и Джон Оук опубликовали пару работ в журнале “Nature”, в которых сообщается, что 3C 273 имеет существенное красное смещение 0,158, что говорит о расстоянии в несколько миллиардов световых лет.

До открытия Квазара 3С 273 несколько других источников радиосигнала были связаны с оптическими аналогами, первый из которых был 3С 48 . Кроме того, многие активные галактики были ошибочно идентифицированы как переменные звезды. Однако было непонятно, что это за объекты, поскольку их спектры отличались от спектров известных звезд. Его спектр не напоминал ни одну нормальную звезду с типичными звездными элементами. Квазар 3C 273 был первым объектом, который был идентифицирован как то, что мы теперь знаем, как квазары. Это самые яркие объекты на просторах вселенной.

Квазар 3C 273 является одним из первых внегалактических рентгеновских источников. Он был обнаруженных в 1970 году. Однако, даже по сей день, процесс, который дает начало рентгеновским излучениям, является спорным. Светимость переменна на временных масштабах от нескольких дней до десятилетий. Считается, что плазменные струи (джеты) создаются взаимодействием центральной черной дыры и аккреционного диска.

Квазар 3C 273 виден в мае как в северном, так и в южном полушариях. Расположенный в созвездии Девы, он достаточно яркий, чтобы его можно было наблюдать с помощью больших любительских телескопов.

Учитывая его расстояние от Земли и визуальную величину, квазар 3C 273 является самым отдаленным небесным объектом, который астрономы-любители, могут наблюдать в свои телескопы небольшой мощности.

В центре спиральных галактик находятся сверхмассивные черные дыры, масса которых может в миллионы и миллиарды раз превышать массу Солнца. Некоторые из них ведут себя крайне неспокойно – это так называемые активные ядра галактик, которые испускают мощные потоки электромагнитного излучения. В класс таких объектов входят и квазары, которые являются одними из самых ярких объектов во Вселенной.

Первые из них были обнаружены еще в 1950-е годы, их назвали «радиозвездами», поскольку сначала считали объектами нашей Галактики. Однако ученых смущал их совсем не звёздный спектр. В 1963 году в созвездии Девы был обнаружен квазар 3C 273, измерено его красное смещение, и стало понятно, что эти «квази-звезды» – ядра далеких активных галактик, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет. Это компактные объекты, яркость которых может превышать яркость целой галактики. Сверхмассивные черные дыры в центрах квазаров притягивают материю, она нагревается до сверхвысоких температур и ее часть выбрасывается прочь в виде быстрых и узких плазменных струй – джетов.

Исследование квазаров позволяет лучше понять физику экстремальных состояний материи, и, в частности, изучить как «работают» сверхмассивные черные дыры.

3С 273 – один из самых близких и лучше всего изученных квазаров. Этот объект, расположенный на расстоянии около 2,4 млрд световых лет от Земли в созвездии Девы, стал первым квазаром, открытым еще в 1963 году. Несмотря на то, что про сам квазар известно многое, до сих пор ученым не удавалось подробно изучить родительскую галактику этой черной дыры.

В работе, опубликованной в The Astrophysical Journal, японские астрофизики рассказывают про новую технологию, с использованием которой ученым удалось заглянуть внутрь системы и обнаружить неизвестное ранее радиоизлучение.

Квазар – это ядро галактики, в центре которой находится массивная черная дыра, которая поглощает окружающий ее материал, испуская огромное излучение. Его яркость, как отмечают ученые, затмевает объекты, которые находятся рядом и мешает их наблюдению.

В своей работе ученые использовали радиотелескоп ALMA для создания непрерывных изображений галактики на частотах 93, 233 и 343 ГГц. С использованием технологии самокалибровки и вычитания точечного источника ученым удалось достичь рекордного для телескопа динамического диапазона около 85 тыс. на частоте 93 ГГц, около 39 тыс. на частоте 233 ГГц и около 2,5 тыс. на частоте 343 ГГц.

Благодаря новой технологии наблюдения ученые обнаружили слабое радиоизлучение, простирающееся на десятки тысяч световых лет над родительской галактикой 3C 273. Исследователи отмечают, что волны в радиодиапазоне вокруг квазаров, как правило, связаны с синхротронным излучением от высокоэнергетических событий, например, вспышек звездообразования или сверхбыстрых джетов, исходящих из черной дыры.

Для такого излучения характерно изменение яркости в зависимости от частоты наблюдений. Но новое открытие не отвечает этому принципу – у слабого радиоизлучения, обнаруженного астрофизиками, одинаковая яркость на всех исследованных частотах.

В своей работе ученые показали, что найденное радиоизлучение исходит от газообразного водорода в галактике, на который воздействует ядро 3C 273. Этот газ является важным компонентом для создания звезд, но под действием интенсивного излучения квазара водород ионизируется, предотвращая звездообразования.

Астрофизики отмечают, что долгое время оставалось загадкой, может ли излучение квазара быть достаточно мощным, чтобы лишить галактику способности образовывать звезды. Анализ найденного радиоизлучения показывает, что по крайней мере 7% света от 3C 273 поглощается водородом в галактике-хозяине, создавая ионизированный газ, масса которого в 10–100 млрд раз превышает массу Солнца. Однако с учетом общей оценки количества газа в системе ученые полагают, что его остается достаточно, чтобы продолжить звездообразование.

Это открытие дает новый путь к изучению проблем, которые ранее решались с помощью наблюдений в оптическом свете. Применяя ту же технику к другим квазарам, мы надеемся понять, как развивается галактика посредством взаимодействия с центральным ядром.

Квазары являются одними из самых ярких объектов в видимой части Вселенной. Мощность излучения квазара может в сотни раз превосходить совокупную мощность всех звезд, расположенных в галактике Млечный Путь. Согласно одной из версий, подобный объект является галактикой на раннем этапе формирования, где окружающее вещество поглощается сверхмассивной черной дырой. В качестве источника излучения выступает ее аккреционный диск.

Объект 3C 273 также знаменателен в силу некоторых других особенностей. Он, в частности, является самым ярким квазаром на звездном небе и входит в число самых близких объектов такого типа. Впрочем, он все равно находится на невероятно большом удалении от нас: 2,44 млрд св. лет. Отметим, 3C 273 относят к блазарам – квазарам, для которых характерна высокоамплитудная переменность блеска в оптическом диапазоне.

Уже много лет ученые изучают этот квазар, но из-за того, что он очень яркий у них не было возможности узнать больше о том, что происходит в его родной галактике. Но в ходе нового исследования международная группа ученых смогла отделить свет квазара 3C 273 от света, который излучает галактика, ядром которой он является. В результате остались только радиоволны, исходящие от галактики и благодаря этому астрономы обнаружили две ранее не известные загадочные радиоструктуры.

Одна из этих структур похожа на туман из радиоизлучения огромных размеров, который охватывает всю галактику и дальше уходит на десятки тысяч световых лет. Но этот туман перекрывает другая структура – это струя плазмы гигантских размеров, которая называется релятивистская струя и она тоже уходит в космос на десятки тысяч световых лет.

Ученые считают, что подобные струи, которые выпускают квазары или другие сверхмассивные черные дыры, скорее всего возникают из-за взаимодействия черной дыры и окружающего ее диска из вещества. Согласно современным научным представлениям, релятивистская струя состоит из ионизированного вещества, которое летит в космос с почти что скоростью света.

В ходе наблюдений, астрономы предположили, что эти две новые радиоструктуры были созданы не связанными между собой явлениями. Ученые считают, что большой радиотуман, который охватывает всю галактику возникает из водорода, который является источником появления новых звезд. Этот водород ионизирует сам квазар. По словам ученых, они впервые наблюдали такое явление, когда ионизированный газ распространяется на десятки тысяч световых лет вокруг сверхмассивной черной дыры.

Существуют теории, согласно которым квазары могут ионизировать столько газа в своей галактике, что там не будут появляется новые звезды. Но ученые выяснили, что несмотря на огромное количество ионизированного водорода, это особо не препятствовало звездообразованию.