最終更新日: 2025 年 10 月 7 日

クエーサー: 遠い宇宙の灯台

相対論的ジェットを放出するクエーサーのアーティストの印象 — のイラストクエーサー降着円盤と相対論的ジェットに囲まれています。
画像出典:astronoo.com

最も暴力的な核によって照らされる宇宙

クエーサーの発見と力

ザクエーサー（のために "準恒星電波源") は、既知の宇宙で最も明るくエネルギーに満ちた天体の 1 つです。 1960年代初頭に発見されたのは、マールテン・シュミット(1929 年から 2022 年)、それらは何百もの銀河全体の光に匹敵する放射線を放出します。彼らの力の源は、付着上の材料の超大質量ブラックホールの中心に位置する活動銀河。

クエーサーの物理的性質

クエーサーは単なるブラックホールでも銀河でもありません。これは銀河核の活動状態であり、孤立した天体の一種ではありません。クエーサーは、物質そのものではなく、特定の銀河の中心で観察される極端な活動の現象を指します。

物理的な結論

ブラックホールはエネルギーエンジンであり、クエーサーはこのエンジンによって生成される観察可能な現象であり、ホスト銀河はシステム全体を含む重力の枠組みです。

明るさとエネルギー

クエーサーの全光度は \( L \about 10^{40}\ \mathrm{W} \)、つまり太陽の約 \(10^{13}\) 倍に達することがあります。このようなエネルギーは、効率的な重力メカニズムからのみ得られます。質量からエネルギーへの変換は、相対論的方程式 \(\,E = \eta m c^2\,\) に従います。ここで、 \(\eta\) は変換効率を表し、相対論的降着円盤では多くの場合 0.1 から 0.4 の間になります。

注： :
あ活動銀河非常に明るいコアを備えており、付着ガスで超大質量ブラックホール。このエネルギーは \(10^{39}\) から \(10^{41}\ \mathrm{W}\) 程度で、 \(\,E = \eta m c^2\,\) と \(\eta \about 0{,}1\) で表され、AGN観測可能な宇宙で最も強力な情報源。

極端な距離と強い赤方偏移

クエーサーはかなりの宇宙論的距離に位置しており、場合によっては 120 億光年を超えることもあります。彼らのスペクトルは強力な赤方偏移(\(z > 6\)), これは、宇宙が現在の年齢のほんの一部であったときに発生した放射を証明しています。

これらの測定により、天体物理学者は宇宙の時代を研究することができます。宇宙の再電離、つまり、中性状態とイオン化状態の間の宇宙の移行です。クエーサーは、銀河間環境を照らすことにより、宇宙構造の形成に関する実際の時間的マーカーとなります。

赤方偏移とクエーサーの距離

クエーサーの赤方偏移とそれに関連する距離の例
クエーサー	赤方偏移 (z)	おおよその距離（数十億光年）	コメント
3C 273	0.158	2.2	比較的近くにあり、よく研究されているクエーサー
PG 1302-102	0.278	3.5	周期変動が疑われるクエーサー
QSO B0909+532	2.00	10.2	スペクトル研究のために観測された中程度の赤方偏移クエーサー
クエーサー B1422+231	3.62	11.6	高赤方偏移、重力レンズ研究に使用
SDSS J1250+3130	4.10	12.0	スローン・デジタル・スカイ・サーベイで観測された遠方のクエーサー
SDSS J1021+2803	5.05	12.5	高い赤方偏移にあるクエーサー、若い宇宙の目撃者
SDSS J0100+2802	6.30	12.8	知られている中で最も遠いクェーサーの 1 つ
ULAS J1120+0641	7.08	12.9	宇宙再電離の時代

降着物理学と相対論的ジェット

中心のブラックホールの周囲では、物質が急速に回転する円盤を形成しています。内部摩擦力は重力位置エネルギーを電磁放射に変換します。

強力な磁場はエネルギーの一部を次のような形で伝えます。相対論的ジェット、 \(c\)、つまり光の速度に近い速度で粒子を推進することができます。これらのジェットは、特に電波望遠鏡によって観測されますVLBA、活動銀河核 (AGN) の主要な署名を構成します。

クエーサーと銀河の進化

観測によれば、ほとんどの大質量銀河はその中心に超大質量ブラックホールを抱えていることが示唆されています。クエーサーは、この銀河進化の過渡期を表しています。ガスの流入により急速な降着が起こると、核がまぶしく光ります。物質の貯蔵庫が使い果たされると、銀河は安定し、クエーサーは消滅します。

ブラックホールの質量 (\(M_{\mathrm{BH}}\)) と銀河バルジの質量 (\(M_{\mathrm{bulge}}\)) の間に観察された相関関係は、エネルギー的なフィードバックプロセスによって支配される共進化を示唆しています。 \( M_{\mathrm{BH}} \propto M_{\mathrm{膨らみ}}^{1.1} \)

比較表: クエーサーとその他の活動原子核

活動銀河核の主な種類の比較
オブジェクトの種類	標準的な明るさ (W)	観測距離	支配的な特性
クエーサー	10³⁹10時に⁴¹	> 10億リットル	スペクトル全体で非常に明るく、強い赤方偏移、強力な相対論的ジェット、銀河形成の最初の段階の目撃者
ブレザー	10³⁸10時に⁴⁰	最大50億a.l.	地球に向かう相対論的ジェット、急速な変動、強力なガンマ線と X 線の放出
セイファート・ギャラクシー	10³⁶10時に³⁸	< 2 億 a.l.	強い光学輝線と紫外線輝線、中程度の活動核、目に見える主星
ラジオギャラクシー	10³⁷10時に⁴⁰	数億から数十億個	支配的な電波放射、数百 kpc を超えて広がるローブ、相対論的ジェット、しばしば隠された核
ライナー（低電離核輝線領域）	10³⁵10時に³⁷	多くの場合、1 億未満	イオン化が低く、核放出が中程度で、成熟した楕円銀河または渦巻銀河によく見られます。
不明瞭な AGN / タイプ 2	10³⁶10時に³⁹	銀河によって異なります	ダストトーラスによって遮られた中心放射線、隠れた核、主にIRとX線で観察される放射