09.10.2018.

MIRKO, PAZI BLAZAR!

Pedesetih godina prošlog veka se astronomija poprilično proširila kad su u upotrebu masovnije ušli radio-teleskopi. Ali oni nisu tad nastali: tridesetih godina mladić po imenu Karl Jansky je radio kao inženjer u firmi Bel Telefonija. Njegov cilj je bio da unapredi slanje signala (govora pre svega) na kratkoj frekvenciji i na velikim distancama, odnosno preko okeana. Da bi eliminisao šum koji se ponavljao svakodnevno, Janski je izmerio da se pik javlja na svakih 23 sata i 56 minuta. Požalio se prijatelju astrofizičaru koji mu je čestitao zatto što je upravo izmerio dužinu sideralnog dana; Janski je mislio da je izvor interferencije Sunce ali sideralni dan se odnosi na fiksne zvezde. Drugim rečima on je snimio nešto drugo i pravilnim usmeravanjem direkcionalne antene se ispostavilo da gleda u centar Mlečnog Puta.

Njegovi menadžeri su ga veselo potapšali po ramenu i dali mu nov projekat. Istraživanje Mlečnog Puta nije bilo na dnevnom redu tadašnjih telekomunikacionih firmi, baš kao ni danas, ali se Janski ipak upisao među zvezde - jedinica gustine fluksa se danas zove Janski (Jy).

Došao je i mračni Drugi svetski rat, vreme kad je nauka služila isključivo u ratne svrhe. Svi astronomi i fizičari, kao uostalom i svi drugi koji su nešto petljali oko matematike su bili uključeni u vojne projekte a mnogi su radili na projektu korišćenja radara u izviđanju. Kasnije će ta iskustva doneti brz napredak radio-astronomiji, ali je u samom startu najveći problem predstavljala atmosfera. Radio talasi su jedan deo elektromagnetskog opsega koji, po definiciji, zauzima od 5cm do 10m talasne dužine. Gledano na skali elektromagnetskog spektra, radio talasi se nalaze desno od mikrotalasa i sasvim desno u odnosu na vidljive, infracrvene i ultraljubičaste talase. Interesantno je da se radio talasi nalaze u prozoru koji dozvoljava prolaz kroz atmosferu, tačnije jonizujući zraci, infracrveni i duge frekvencije se iz svemira praktično ne mogu detektovati. Janski je, dakle, imao ludu sreću da uoči Sagittarius A na pravoj frekvenciji.

Posledica visoke frekvencije radio talasa je i rezolucija. Da bi radio teleskop imao istu teorijsku rezoluciju kao optički teleskop aperture jednog metra, morao bi da bude neuporedivo veći. Optički teleskop od jednog metra ima aperturu koja je dva miliona puta veća od talasne dužine svetlosti koja se posmatra, dajući time (teorijsku) rezoluciju od 0.3 ugaone sekunde. Radio teleskop od jednog metra će dati ugaonu rezoluciju od bednih 30 minuta, odnosno jednog punog Meseca. Zato se u radio astronomiji tanjirima od jednog metra može meriti i analizirati emisija, ali za ugaonu rezoluciju moramo primeniti mnogo naprednije tehnike. U prvom redu to je interferometrija, a naročito njena podvrsta aperture sinthesis. Bez velikog ulaženja u detalje, ova druga metoda se pomoću Furijeove transformacije može elektronskim putem upotrebiti da "složi" sliku dva ili više teleskopa u jednu sliku. Pritom ta nova slika ima rezoluciju kao da koristimo gigantski teleskop aperture onoliko koliko iznosi distanca između dve antene.

Kod optičkih teleskopa kompjuteri i Furije otpadaju. Slaganje se mora izvršiti optičkim putem i pipavije je jedno milion puta nego taj isti postupak izvesti na radio teleskopima; ali je to za ovu priču nebitno. Bitnije je da mi danas rutinski sve snimamo putem interferometrije na radio teleskopima, a nekad kad ta metoda nije bila poznata (odnosno nisu postojali komjuteri koji bi to računali u razumnom roku) moralo se drugačije raditi. Tipičan primer pipanja u mraku je bilo ono što je palo na pamet Džonu Boltonu (John Bolton) ranih šezdesetih. Tad je već postojao katalog radio izvora rađen na Kemridžu, i to treći po redu - zato se i zvao 3C (Third Cambridge Catalogue) i znalo se da će Mesec okultirati jedan objekat. Trebalo je samo istovremeno meriti i gledati u optičkom i radio spektru. Rečeno - učinjeno, objekat 3C 273 je identifikovan kao zvezda magnitude 13 i njen spektar je snimljen reflektorom od pet metara sa Palomara. Teško da je tad mogao da se bolje snimi spektar - to je u tom momentu bio najveći teleskop na svetu. Međutim, rezultati su doneli pravu pometnju, budući da nisu ličili ni na šta do tada poznato. Šmit (Maarten Schmidt) koji je snimio spektar na Palomaru je imao interesantnu ideju: sve te čudne emisione linije su zapravo normalan spektar pomeren udesno. Tačnije za 15.8% u slučaju vodonika i 37% za magnezijum i taj crveni pomak bi mogao da znači i kretanje, a tu nastupa nedoumica. Ako je u pitanju zvezda, što se pouzdano zna jer je snimljena, izmerena magnituda i njen položaj određen; kako je moguće da ima toliki crveni pomak?


Bolton je u startu tvrdio da se radi o običnim spektralnim emisionim linijama, samo dosta pomerenim zbog crvenog pomaka, ali malo ko mu je verovao. Objekti poput ovog su šezdesetih masovno uočavani i u radio i u optičkom opsegu i u svim slučajevima su bili tačkasti, zvezdasti. Svi su bili slabog sjaja (tipično ispod 15.0mag) i bilo ih je dosta na nebu. Zbog svega navedenog postali su poznati kao kvazari (quasi_stelar_object) i nauka nije znala šta će sa njima. Ukoliko su u pitanju zaista tako udaljeni objekti koji imaju tolike crvene pomake, onda bi to značilo da oni zrače veću energiju nego mnoge masivne galaksije, što je prilično neverovatno. Još gore, kvazari su imali nezgodnu osobinu da skoro svi budu poprilično udaljeni od nas. Nezgodno je u tome bilo to što je to bilo guranje prsta u oko establišmentu i teoriji Večnog stanja (Steady state). Ta teorija je bila engleski konzervativni antipod američkoj teoriji Bing Beng-a i bilo je jasno da kvazari nikako ne idu u prilog večnom i nepromenljivom stanju. Štaviše, kvazari su dokaz u prilog evoluciji Univerzuma a ne nepromenljivosti. Najbliži kvazar je udaljen od nas 600 miliona svetlosnih godina, većina su na par milijardi godina i dalje a to praktično znači da su kvazari kao epoha bili karakteristični za mlad svemir. I da su kao epoha završeni.

Ideja da su kvazari veoma udaljeni se kosila sa logikom samo iz razloga njihovog sjaja. Međutim, teoriju o velikoj udaljenosti je podupirala činjenica da je radio emisija takođe bila veoma "glasna". Ali nasuprot tome je stajala promenljivost nekih kvazara koja je bila toliko kratkotrajna da se mišljenje o malom prečniku objekta smatralo validnim. Vrlo brzo se rodila pretpostavka da su kvazari zapravno ekstremno masivne bliske zvezde, a da crveni pomak nastaje usled efekta njihove enormne gravitacije. Međutim, iako je taj efekat moguć (gravitacioni crveni pomak) pretpostavka je još brže demantovana jer potrebna masa takve zvezde nikako ne bi mogla da se uklopi u hidrostatski ekvilibrijum, odnosno takva zvezda ne može da postoji. Iskreno, polovinom šezdesetih se javila i pretpostavka da energija kvazara proističe iz akrecionog diska oko supermasivne crne rupe, ali je to aklamacijom odbačeno kao neosnovano pre svega jer su crne rupe u tom momentu bile samo egzotičan pojam u teorijski nastrojenim umovima. Apsurdna stvar je što energija zaista potiče iz akrecionog diska koji melje materiju u čistu energiju - efikasnost tog pretvaranja je i preko 30%, u poređenju sa klasičnom zvezdanom fuzijom vodonika u helijum čija efikasnost dostiže 0.7%.

Ostale hipoteze o prirodi kvazara su bile vrlo kreativne, mada ih mi danas smeštamo na granicu naučne fantastike: hipotetičke bele rupe (u svemu suprotnost crnim rupama), grudve antimaterije u sudaru sa materijom, crvotočine, lančane eksplozije supernova...

Danas je prihvaćeno da se ovde radi o aktivnim galaktičkim jezgrima (AGN). Sjaj akrecionog diska oko supermasivne crne rupe je odgovoran za emisiju kvazara koja je enormna po našim shvatanjima. Međutim, da bi kvazar uopšte radio mora da u svakoj sekundi guta ogromne količine materije - gasa, zvezda, prašine, molekularnih oblaka, bilo čega. Onog momenta kad dotok materije prestane, tačnije kad crna rupa usisa i počisti sve oko sebe na nekoj udaljenosti - reakcija prestaje, kvazar se gasi. To je i razlog zašto su kvazari nekad postojali i faktički bili veoma česti, jer je to jedna rana faza u razvoju svake galaksije. Onog momenta kad se naša galaksija i Andromedina budu sudarile verovatno je da će u jezgru novostvorene eliptične proraditi kvazar. Bar na neko određeno vreme.

Varijanta kvazara kao šireg pojma su i blazari, odnosno objekti koji vuku poreklo u smislu klasifikacije od promenljive BL Lacertae. Spektroskop kaže da blazar nema apsorpcione linije, za razliku od kvazara. Razlika je takođe i u promenljivosti: promene je moguće uočiti u okviru jednog dana, pa čak i nekoliko sati - sjaj skače ili pada i do 50%. Kasnije su blazarima pridodati i opticaly violent variable quasars (OVV), prevod zvuči smešno ali da probam: "brutalne promenljive"?
U oba ova slučaja se radi o istoj pojavi: blazar je zapravo jedan džet iz pola akrecionog diska, usmeren prema nama, i tu dolazi do detektovanja mnogo većeg sjaja nego što bi bilo moguće da je džet okrenut u drugom smeru. Pojava koja dovodi do pojačanja sjaja se zove relativistički sjaj a džet - logično, relativistički džet (mlaz materije). U suštini se materija u džetu kreće velikom brzinom (tipično 95-99% c) i usled Doplerovog efekta se pomera u plavo, a vrlo često se može detektovati i supraluminalno kretanje. Mi u suštini pod blazarom podrazumevamo džet, a njegov sjaj umnogome zavisi od ugla koji zaklapa prema Zemlji. Džet koji gleda tačno u nas (ugao 0 stepeni) ima 600 puta veći sjaj od njegove originalne luminoznosti, a pošto se svi blazari u prostoru kreću, stvar se dodatno komplikuje... U praksi dva potpuno ista blazara imaju sasvim različit sjaj gledano odavde u zavisnosti od orijentacije njihovih džetova.


Ovo je snimak sa Crnog Vrha koji obuhvata 31 poluminutnu ekspoziciju; u pitanju je jedan sektor Velikog Medveda. Zvezde u centru kadra su magnitude 6-8mag, dakle ni po čemu posebnom poznate. Ako snimak uvećamo na originalnu rezoluciju sistema videćemo nekoliko malih i bledih galaksija.


Obratite pažnju na tirkiznoplavu sjajnu zvezdu u donjem desnom uglu - to je 51A UMa. Ona je na granici vidljivosti golim okom, odnosno približno je šeste magnitude. Zvezda levo od nje je 7.5mag. Ali nas interesuje struktura koja se nalazi neposredno ispod 51A UMa. Ako rezoluciju dignemo četiri puta...


...onda se na snimku razaznaju svetlija tačka, označena plavom bojom (Mrk 421) i gore levo slabija mrljica označena zeleno kao Mrk 421-5. Svetlija tačka je najbliži poznati blazar, udaljen 397 miliona svetlosnih godina, a tamnija je susedna galaksija sa kojom je isti u interakciji. Udaljenost centra galaksije od centra kvazara je 12.97 arcsec gledano sa mog snimka, a u realnosti se uzima vrednost od 14 arcsec.


Ovo je i sudbina naše i Andromedine galaksije - sudar i interakcija koji će pokrenuti prastari kvazar i ako tada bude postojala naša civilizacija, bitno je samo da se ne nađemo u njegovoj blizini.
U suprotnom će naša budućnost praktično biti veoma svetla.