کیهان سرشار از اجرامی است که هرکدام ویژگی‌های منحصر به فرد خود را دارند که یکی از درخشان ترین آن ها اختروش‌ یا کوازار است که رموز بسیاری را در خود پنهان کرده‌ است که از این رو مطالعه آن می تواند بسیار جذاب و حائز اهمیت باشد.

اختروش یا کوازار چیست؟

اختروش‌ها یا کوازار(Quasar)  اجرام دوردست و بسیار درخشانی هستند که از سیاهچاله‌ هایی که جرم آن ها یک میلیارد برابر جرم خورشید هستند، نیرو می‌گیرند. «اختر» به معنی «ستاره» و پسوند «وش» به معنی «مانند» است. پس اختروش یعنی «ستاره ‌مانند» زیرا اجرامی آسمانی با ظاهری ستاره‌ مانند هستند. این اجرام آنچنان درخشان هستند که می‌توان گفت نور کهکشان‌های دربرگیرنده خود را نیز تامین می‌کنند. کوازارها زیرمجموعه‌ای از هسته‌های کهکشانی فعال (AGN) هستند، هسته‌های کهکشانی بسیار درخشان که در آن گاز و غباری که در یک سیاهچاله بسیار بزرگ می‌افتد، تابش الکترومغناطیسی را در سراسر طیف الکترومغناطیس منتشر می‌کند. گاز و گرد و غبار در نتیجه نیروهای گرانشی در هنگام سقوط در درون سیاهچاله از خود نور ساطع می‌کنند.

در واقع یک کهکشان فعال، کهکشانی است که در آن سیاهچاله مرکزی در حال مصرف مقادیر زیادی ماده است. سقوط ماده‌ در این سیاهچاله به‌ قدری زیاد است که همه مواد همزمان نمی‌توانند وارد آن شوند، بنابراین توالی مانند یک قرص برافزایشی (یا صفحه چرخان) مارپیچی ‌شکل تشکیل می‌شود. این ماده (به‌ شکل ابرهای عظیم) به داخل این قرص سقوط می‌کند، به‌ طوری که قسمت‌های داخلی ابر که به سیاهچاله نزدیک‌تر هستند، سریع‌تر از قسمت‌های بیرونی به چرخش در می آیند (درست مانند سیاره‌های نزدیک‌تر به خورشید که سریع‌تر از سیاره‌های دورتر از آن می‌چرخند).

این رخداد نیرویی شکاف ‌دهنده‌ ایجاد می‌کند که ابرها را به هم می‌پیچاند و منجر می‌شود در حین حرکت در اطراف سیاهچاله با سرعتی از 10 درصد تا 80 درصد بیشتر از سرعت نور، به همسایگان خود برخورد کنند. اصطکاکی که از حرکت سریع ابرهای گازی به‌ وجود می‌آید، گرما تولید‌ می‌‌کند و صفحه مورد نظر آنقدر داغ‌ می‌‌شود (میلیون‌ها درجه سانتی‌گراد) که به‌ شدت‌ می‌‌درخشد. بعضی از مواد موجود در این صفحه نیز مانند یک فواره بسیار درخشان و مغناطیسی از سیاهچاله فاصله می گیرند. این صفحه که مدام داغ می‌شود، با فواره ترکیب می‌شود تا هسته کهکشان فعال را آنقدر درخشان کنند که‌ بتوان آن را از سراسر جهان تماشا کرد.

کوازارها را می‌توان به عنوان یکی از درخشان‌ترین اجرام کیهان شناخت که معمولا هزاران برابر بیشتر از کل کهکشان راه شیری از خود نور ساطع می‌کنند. آن‌ها با درخشندگی به سزایی که دارند و فاصله بسیار زیادشان از زمین از سایر AGNها متمایز می‌شوند. دانشمندان در آزمایشگاه علوم فضایی مولارد در دانشگاه کالج لندن، برای توصیف درخشندگی یک اختروش، می گویند که چگونه نزدیک‌ترین اختروش یعنی 3C 272، دارای درخشندگی 2.5×1040 وات، 25 تریلیون بیشتر از درخشندگی خورشید است. کوازارها میلیون‌ها، میلیاردها و یا حتی تریلیارد‌ها الکترون ولت انرژی از خود منتشر می‌کنند. این مقدار از انرژی از مجموع انرژی‌های نورانی تمامی ستاره‌های درون یک کهکشان فراتر می رود. اختروش ها که درخشان‌ترین اجرام کائنات محسوب می شوند، می‌توانند در هر نقطه و در بازه درخشش ۱۰ تا ۱۰۰ هزار برابر درخشش کهکشان راه شیری، وجود داشته باشند.

اخترشناسان دانشگاه ایالتی اوهایو درخشندگی اختروش را به‌ نحو دیگری توصیف می‌کنند و توضیح می‌دهند که چگونه اختروش ها می‌‌توانند بین 10 تا 100 هزار برابر بیشتر از تمام کهکشان راه شیری ما درخشندگی داشته باشند. نزدیکترین اختروش حدود چند صد میلیون سال نوری از زمین فاصله دارد و از آنجا که سرعت نور محدود است، این بدان معناست که آنچه ما از چنین کوازارهایی مشاهده می‌کنیم درحقیقت چند میلیون سال پیشِ آن‌هاست. فقدان اختروش‌های نزدیک‌تر به زمین به این معنا نیست که این گونه اجرام هرگز در منطقه کیهانی ما وجود نداشته‌اند، بلکه به این معناست که اختروش‌ها زمانی در نزدیکی ما بوده‌اند که کیهان جوان‌تر بود و کهکشان راه شیری به تازگی متولد شده بود. مطالعه اختروش‌ها بینش جالبی را در مورد تکامل کیهان در اختیار فیزیکدانان می گذارد.

تاریخچه کشف اختروش:

اختروش ها اجرام اسرارآمیزی هستند که اخترشناسان آن‌ها را در سال ۱۹۶۰ کشف کردند. آن‌ها هم چون کهکشان‌ها منابعی از نور و امواج رادیویی‌ اند این طور به نظر می‌رسد که آن‌ها دورترین اجرام شناخته شده باشند. با این حال نور بسیار زیادی دارند یعنی به روشنایی صدها کهکشان ولی بسیار کوچکتر از بیشتر کهکشان‌ها هستند. احتمالاً حفره‌ای سیاه درون مرکز اختروش باعث نابودی آن می‌شود و پیش از نابود شدن نوری شفاف و درخشان پدید می‌آورد که باعث می شود اجرامی به این کوچکی نور و درخشندگی بسیار زیادی داشته باشند. اختروش‌ها برای ستاره شناسان به قدری جذاب و حیرت انگیز هستند که از نیم قرن پیش تاکنون مطالعات گسترده‌ای در زمینه کشف و بررسی بیشتر آن‌ها صورت گرفته است. در دهه ۱۹۳۰، «کارل جانسکی» فیزیکدانی که در آزمایشگاه‌های تلفن بل مشغول به کار بود متوجه شد که تداخل استاتیک در خطوط تلفن ناشی از مشکل زمینی نیست، بلکه تابشی از اعماق کهکشان راه شیری علت این تداخل بوده است.

اختروش ها زمانی تشکیل‌ می‌‌شوند که پدیده‌ای باعث تجمع مقدار زیادی گاز در سیاهچاله کلان جرم مرکزی یک کهکشان شود. در اوایل پیدایش جهان هستی، ممکن است جریان‌هایی از مواد از طریق رشته‌هایی در شبکه کیهانی در کهکشان در جریان بوده باشند. بعدا، نیروهای جزر و مدی گرانشی ناشی از برخورد کهکشان‌ها ‌و برخوردهای نزدیک امکان دارد منجر شده‌ باشند که بعضی از اختروش ها نورانی شوند.

در دهه ۱۹۵۰، اختر‌شناسان از تلسکوپ‌های رادیویی برای کاوش در آسمان‌ها استفاده می‌کردند. آن‌ها به دنبال این بودند که پیش‌بینی‌های نظری خود را با آنچه در آسمان مشاهده ‌می‌کنند مطابقت دهند. با این‌حال، توضیحی برای برخی اشیا که تابش داشتند وجود نداشت. اخترشناسان آن‌ها را «منابع رادیویی شبه ‌‌ستاره‌ای» یا «اختروش» نام گذاری کردند که این اجرام با نام کوازار یا «quasar»  نیز شناخته می‌شوند. این نامگذاری به این علت بود که سیگنال‌های مرتبط با این اجرام از یک مکان دور مانند یک ستاره می‌آمد. اما به مرور زمان مشخص شد این نامگذاری اشتباه است. زیرا طبق گزارش‌ رصدخانه ملی نجوم ژاپن تنها ۱۰ درصد از اختروش‌ها امواج رادیویی قوی ساطع می‌کنند.

برای اخترشناسان سال‌ها طول کشید تا متوجه شوند این لکه‌های دور و درخشان که به نظر می‌رسد ستاره‌های دور هستند، درحقیقت اجرامی هستند که توسط ذراتی ایجاد شده‌اند که با سرعت‌هایی نزدیک به سرعت نور شتاب گرفته و در کیهان در حال حرکت هستند. «برام ونیمنس» ستاره‌شناس موسسه نجوم «ماکس پلانک» آلمان می‌گوید:‌ « اختروش‌ها از درخشان‌ترین و دورترین اجرام آسمانی شناخته شده هستند و در درک عالم اولیه کمک بسیار بزرگی به ما می‌کنند.»

ویژگی های اختروش:

یکی از شگفتی‌های غیر قابل پیش بینی تاریخ ستاره شناسی کشف اختروش ها بوده است. اولین بار در سال ‎1963‎ میلادی اختروش در طول موج‌های رادیویی و مرئی به شکل جسم نقطه‌ای شکلی کم نور، با میزان غیر عادی‌ از تابش مرئی در طیف آن مشاهده شد. نام آن‌ها از علامت جایگزینشان در ‎منبع رادیویی شبه ستاره‌ای (QSR)‎ یا شیئی شبه ستاره‌ای‎ (QSO)‎ برداشته شده است و به این معنی است که این کهکشان‌ها به دليل شکل نقطه‌ای شان به ستاره‌ها شباهت دارند هر چند که طیفشان کاملاً متفاوت از ستاره ها است. خطوط تابش طیف عمدتاً از هیدروژن و سایر عناصر موجود در منابع ستاره‌ای است اما این خطوط به شکل قابل توجهی دچار جابجایی قرمز شده اند.

در پشت هر اختروش یک سیاهچاله موجود است، اما هر سیاهچاله‌ای یک اختروش نیست. بنابراین به نوعی، یک اختروش نمایی از یک سیاهچاله است. بدین ترتیب اگر به یک اختروش بنگرید در حال نگاه کردن به یک سیاهچاله هستید. برای تبدیل شدن به یک اختروش، یک سیاهچاله باید دارای چند ویژگی باشد. اول این که باید بزرگ باشد، در حقیقت باید جرمی برابر با میلیون‌ها یا میلیاردها برابر خورشید داشته باشد. چنین سیاهچاله‌هایی در مرکز اکثر کهکشان‌های بزرگ  پیدا می‌شوند اما حتی در آن زمان نیز هر کهکشان میزبان یک اختروش نیست. اختروش نه ‌تنها خود سیاه‌چاله بلکه ساختارهای تولید نور اطراف آن را هم می‌بلعد. نور فرابنفش و مرئی از دیسک درخشان مواد در حین سقوط در سیاه‌چاله منتشر می‌شوند. به طور خاص یک اختروش یک سیاهچاله فوق سنگین است که به طور فعال از مواد تغذیه می‌کند. این ماده بلعیده شده در حال چرخش به یک دیسک داغ تبدیل شده و آنقدر درخشش پیدا می کند که نور آن بقیه کهکشان را در اطراف سیاه چاله غرق می‌کند.

انواع اختروش‌ها:

همانند سیاه‌چاله‌ها، اختروش‌ها نیز انواع متفاوتی دارند و می‌توان آن‌ها را در گروه‌های مختلفی دسته‌بندی کرد که عبارت‌اند از: اختروش‌های رادیویی آرام، اختروش‌های رادیویی پرسروصدا، اختروش‌های خط جذب پهن (BAL)، اختروش‌های نوع ۲، اختروش‌های سرخ، اختروش‌های خط پرتوی ضعیف و اختروش‌های متغیر نوری (OVV).

ساختار اختروش:

اکنون دانشمندان در این گمان به سر می‌برند که این روشنایی کوچک نقطه‌ای، در حقیقت سیگنال‌هایی از هسته‌های کهکشانی هستند  که درخشش کهکشان‌های میزبان خود را تحت‌الشعاع قرار می‌دهند. کوازار‌های تنها در کهکشان‌هایی زندگی می‌کنند که در مرکز آنها سیاهچاله‌های کلان‌جرم قرار دارند. (سیاهچاله‌های کلان جرم میلیارد‌ها برابر خورشید جرم دارند) اگرچه نور نمی‌تواند از خود سیاهچاله‌ها فرار کند، اما برخی سیگنال‌ها می‌توانند از حوالی لبه‌های آنها فرار کنند. درحالی که در این مناطق گاز‌ها و غبار‌های کیهانی به درون سیاهچاله سقوط می‌کنند، سایر ذرات با حرکتی شتاب‌دار و با سرعتی نزدیک سرعت نور از آنها فاصله می‌گیرند. این ذرات در جریان‌هایی از بالا و پایین سیاهچاله و بصورت جت خارج و یا به بیان فنی‌تر توسط یکی از قدرتمندترین شتاب‌دهنده‌های ذرات کائنات، انتقال می یابند.

اغلب کوازار‌ها در فاصله میلیاردها سال نوری آن طرف تر کشف شده‌اند و از آنجایی که رسیدن نور از آن فواصل زمان‌های زیادی طول می کشد، مطالعه این اجرام در فضا شباهت زیادی به عملکر ماشین زمان دارد. به عبارتی مشاهده کوازارها به معنای مشاهده گذشته‌های بسیار دور کائنات است، یعنی زمانی که نور رسیده به ما، از آنها ساطع شده بود. بنابراین هرچه دانشمندان به نقاط دوردست ‌تری نگاه کنند، در واقع به مشاهده بخش‌های عقب ‌تری در زمان نشسته‌اند. بخش عمده‌ای از ۲۰۰۰ اختروش شناخته شده در سال‌های اولیه حیات کهکشان خود زندگی ‌می‌کردند. می‌توان نتیجه گرفت که کهکشان‌هایی نظیر راه شیری میلیاردها سال قبل، میزبان کوازاری بوده‌اند که اکنون دیگر به خاموشی رسیده است.

اختروش‌ها و بلیزرها:

اختروش‌ها و بلیزرها هر دو هسته‌های کهکشانی فعالی هستند که با درخشش بالایشان شناخته می‌شوند. تفاوت اصلی بین کوازار و بلیزرها در زاویه‌ی قرارگیری جت نسبیتی آن‌ها است. زاویه‌ی اختروش دارای اندکی انحراف نسبت به زمین است در حالی که بلیزر کاملاً در جهت زمین قرار دارد. بلیزرها به دو دسته ی اجرام BL Lac و اختروش‌های (OVV) تقسیم می شوند.

آیا تا به‌ حال اختروش دیده شده است؟

بله. نزدیک‌ترین و درخشان‌ترین اختروش به نام 3C 273، حتی برای ستاره‌شناسان آماتور با یک تلسکوپ حداقل 8 اینچی یا دستگاه‌های عکاسی نجومی، قابل‌ رصد است، زیرا با بزرگی 12.9 در صورت فلکی سنبله‌ می‌‌درخشد. اختروش ها آنقدر درخشان هستند که‌ می‌‌توان آن‌ها را از فاصله های بسیار زیادی در سراسر دنیا تماشا کرد. دورترین اختروش شناخته‌ شده را به ‌همان شکل که در 13.13 میلیارد سال پیش پدیدارشده است، می‌توان مشاهده کرد. تلسکوپ فضایی هابل نیز از کهکشان‌‌ها‌ی کم نورتر میزبان اختروش ها، ‌تصویربرداری کرده است. بنابراین اختر‌شناسان با اطمینان‌ می‌‌دانند که اختروش ها ‌هسته‌ها‌ی فعال بعضی از کهکشان‌ها‌ هستند.

در دسامبر سال ۲۰۱۷، دورترین کوازار که تاکنون شناخته شده است، در فاصله ۱۳ میلیارد سال نوری از زمین کشف شد. دانشمندان کوازاری را مشاهده کردند که J1342+0928 نام دارد و به نظر می‌رسد تنها ۶۹۰ میلیون سال پس از بیگ ‌بنگ تشکیل شده است. کوازار‌هایی به این جوانی، می‌توانند اطلاعات ارزشمندی از چگونگی تکامل کهکشان‌ها در طول زمان را پدیدار کنند.

در آینده ای دور هم ما این خطوط گرد و غبار چرخان متشکل از گاز را می‌بینیم و یک مدل ریاضی برای چگونگی چرخش این مواد به دور کهکشانشان پیدا کرده ایم. به طور بالقوه، می‌توان گفت ما درحال دیدن این پدیده پس از افتادن یک کهکشان کوچکتر غنی از گاز به درون یک کهکشان بزرگتر که ۱٫۵ میلیارد سال پیش اتفاق افتاده است، هستیم. این پدیده اتفاقی نیست و با ادغام کهکشان و نیز با ریختن مواد به سیاهچاله مرکزی، درواقع تولد یک کوازار آغاز می‌کند. کهکشان راه شیری ما با کهکشان آندرومدا (M۳۱) در حدود ۴ میلیارد سال پیش ادغام شده است. سیاه چاله‌ها در هر کهکشان می‌توانند این سیکل را دوباره تکرار کنند. بنابراین در آینده دور، سیستم کهکشانی ما هم می‌تواند این پدیده حیرت انگیز را تجربه کند.