בשנת 1963, האסטרונום מארטן שמידט הוביל לגילוי מדהים של גופים בעלי היסט עצום לאדום. מהירות ההתפשטות שלהם הייתה כה גבוהה, עד שהיא היוותה חלק משמעותי ממהירות האור. אובייקטים אלה נקראו במקור מקורות רדיו דמויי כוכב או גופים מעין כוכביים (QSO) המציינים את העובדה שהם נראו כמעט כמו כוכבים על פני לוחות הצילום והיו בעלי קרינת רדיו חלשה. המונח הכללי קוואזר מתייחס לגלקסיה רחוקה שבה בוקע מגרעין הגלקסיה הפעילה אור חזק יותר מסביבתו. אסטרונומים סבורים שתופעת הקוואזר נגרמת על ידי חור שחור סופר-מאסיבי במרכז גלקסיה. קוואזר הוא תופעה של אנרגיה הבוקעת סמוך לחור השחור שעוצמתה גדולה יותר מכל האור שיוצרת גלקסיה רחבת ממדים הנמצאת סביב החור השחור – הגלקסיה המארחת.
באדיבות NASA
ההיסט לאדום הגבוה ביותר של קוואזר הוא בעל ערך z = 7, ורוב הקוואזרים נמצאים בטווח שבין z = 1 ועד z = 3. מהן ההשלכות של היסטים אדומים כה גדולים? אם נניח כי ההיסט לאדום נגרם על ידי התפשטות היקום, אזי הקוואזרים חייבים להיות רחוקים מאוד. הזמן שבו חולף האור על פני מרחקים אלה גדול מאוד, ואנחנו מתבוננים באור שנפלט כאשר היקום היה צעיר הרבה יותר מכפי שהוא כיום. המסע בחלל הוא מסע אחורה בזמן. טלסקופים גדולים יכולים לשמש כמכונות זמן. אנו רואים גלקסיות רחוקות וקוואזרים כפי שהיו זמן קצר לאחר היווצרותם. לכן, המחקר של הגופים הרחוקים ביותר ביקום מביא אותנו למפגש פנים אל פנים עם שאלות העוסקות במוצא ומבנה היקום עצמו. בנוסף, אם קוואזרים כה רחוקים, הרי הבהירות שלהם חייבת להיות עצומה. בהתחשב בהיסט הקוסמולוגי לאדום, הרי 3C 273 נמצא במרחק 620Mpc, או 2 מיליארד שנות אור, והוא מאיר באור שעוצמתו 1014 פעמים אור השמש, או 100 טריליון שמשות! זוהי כמות בלתי נתפסת של אנרגיה. אין פלא שהפרשנות של מאפייני קוואזר היתה לעתים שנויה במחלוקת.
האם קיימת הבחנה מכרעת בין היסטים אדומים של גלקסיות להיסטים אדומים של קוואזרים. גלקסיות עוקבות אחר יחס האבל, שבו המרחק המשוער מתואם למהירותן הרדיאלית. לקשר זה יש פרשנות טבעית במונחים של התפשטות היקום. ביקום הקרוב אלינו, זהו הליך אמין יחסית, ניתן למדוד את ההיסט לאדום של הגלקסיה ולהקצות לה מרחק מתאים. אבל לקוואזרים אין שום תכונה מהימנה המציינת מרחק. לדוגמה, הבהירות המוחלטת של קוואזרים נמצאת בטווח הגדול יותר מפי אלף מזו של גלקסיה. טווח רחב שכזה פירושו כי בהירות לכאורה של כל שני קוואזרים יכולה להשתנות עד כדי פי אלף עבור אותו היסט לאדום. בהירות קוואזר הוא סמן מרחק בלתי מהימן. כמו כן, ההיסט לאדום של קוואזרים גדול בהרבה מהטווח שבו נבדק היחס של האבל. המרחק לקואזר הוא בעל משמעות רק בהקשר של המודל הקוסמולוגי. אומדני המרחק העצום הם תוצאה מההנחה לפיה היסטים אדומים הקוסמולוגיים יכולים להמיר ההיסט לאדום למרחק.
באדיבות NASA
האם יש ראיות התומכות בהנחה שקיימים היסטים קוסמולוגיים אדומים לקוואזרים? כמה אסטרונומים הצביעו על מקרים שבהם קוואזרים בעלי היסטים אדומים גבוהים קשורים לכאורה לגלקסיות סמוכות בעלות היסטים אדומים נמוכים. אם היו קיימים גופים בעלי היסטים אדומים שונים, שהוכח כי הם מחוברים פיזית או שהם נמצאים באותו מרחק, הם היו מטילים ספק בהנחה המתייחסת להיסטים אדומים קוסמולוגיים. הכל מסתכם בסטטיסטיקה. השמים מלאים באלפי קוואזרים ומאות אלפי גלקסיות, כך שכמה "מפגשים" באותו כיוון, חייבים להתרחש מדי פעם.
עדויות רבות תומכות כיום ברעיון שקוואזרים נמצאים במרחקים המתקבלים על ידי היסטים אדומים קוסמולוגיים. שלא כפי שהשם שלהם מרמז, הקוואזרים הם אינם בעלי מראה של כוכבים. תמונות של קוואזרים מציגות היסט לאדום בטווח שבין z = 0.3 ועד z = 1 חושפות סביב הגלקסיה המארחת פלומה, או ערפיליות סביב הליבה הבהירה. לערפיליות יש גודל ובהירות שניתן לצפות מגלקסיה זוהרת בעלת היסט לאדום דומה. בנוסף, קוואזרים נמצאים לעתים קרובות בצבירי גלקסיות בעלות אותו היסט לאדום; סמיכות זו היא עדות נסיבתית חזקה לכך שהקוואזרים נמצאים במרחקים קוסמולוגיים.
באדיבות NASA
אולי העדויות המשכנעות ביותר לכך שקוואזרים רחוקים מאוד מגיעות מתצפיות בעדשות כבידה. תורת היחסות הכללית צופה כי המסה יכולה לכופף את קרני האור, מה שמוביל ליצירת דמות מעוות של הגוף. מסה כהה באשכולות גלקסיות יכולה לעוות את האור של גלקסיית רקע. בערך באחד מתוך 300 קוואזרים קורה שגלקסית רקע נמצאת בדיוק מאחורי גלקסיה הנצבת בדרכו של האור אלינו. העדשה גורמת לריכוז אור הקוואזר וליצירת מספר רב של דמויות. כוח הכבידה יכול להסיט את כל צורות הקרינה האלקטרומגנטית, כך שנוכל לראות את השפעתן של עדשות כבידה בגלי הרדיו או בתחום הנראה. אם הטיה של הקרנים כמעט מושלמת, תופיע טבעת איינשטיין. אם אובייקט הצילום הוא גלקסיה אליפטית, אור הקוואזרים יוצר בדרך כלל לארבעה דמויות בצורת צלב, כאשר הגלקסיה ניצבת ביניהן. ההסתברות למצוא ארבע קוואזרים שאינם קשורים זה לזה, עם היסטים אדומים וספקטרה זהים, שואפת לאפס. סוג זה של תצורה יכול להתהוות רק על ידי השפעה של עדשות כבידה. הקוואזר חייב לכן להיות רחוק יותר מאשר הגלקסיה שיוצרת את הדמויות.
איך קוואזרים קשורים לגלקסיות פעילות אחרות? יש המשכיות במבנה שנצפה בין גלקסיות רגילות, גלקסיות פעילות בהיסט נמוך לאדום, וקוואזרים בהיסט גבוה לאדום. גרעינים פעילים הם נדירים בגלקסיות רגילות, אבל ניתן למצוא כמה דוגמאות בקרבתנו. חיפוש בנפחי חלל גדולים יותר מוביל לגילוי של גרעיני גלקסיות פעילים, נדירים יותר אך זוהרים יותר. אבל, במרחקים גדולים מאד קשה להבחין בערפיליות הגלקסיה. במרחקים הגדולים ביותר, ניתן לראות רק גופים זוהרים ביותר, אך לא את האור חלש מן הגלקסיה המקיפה אותם בהתאמה. הבהירות והגודל הזוויתי של גלקסיות רגילות יורדים עם עליית המרחק. כמו כן, האור מהגרעין הפעיל חזק הרבה יותר מאור הכוכבים של הגלקסיה המארחת. כאשר היסט לאדום מגיע לערכים של 0.3-0.5, הגלקסיה המארחת כמעט לא נראית לעין. בשלב זה, אסטרונומים מתייחסים לאובייקט כאל קוואזר. הקוואזרים המרוחקים ביותר רחוקים מכדי שניתן יהיה להבחין בגלקסיה המארחת; הם מופיעים כמקורות נקודיים של אור עז.
Author: Chris Impey