50-årigt kosmisk mysterium: 10 kvasarspørgsmål til opdageren Maarten Schmidt

Den fjerneste kvasar

Lys fra den fjerneste kvasar, der endnu er set, afslører detaljer om kemien i det tidlige univers. (Billedkredit: ESO / M. Kornmesser)



Astronomi ændrede sig for evigt for 50 år siden i denne uge, da forskere første gang begyndte at forstå kvasars sande natur, de lyseste objekter i universet.



Den 16. marts 1963 offentliggjorde den hollandskfødte astronom Maarten Schmidt den første nogensinde endelige måling af afstanden til en kvasar , at finde ud af, at et gådefuldt objekt kaldet 3C 273 ligger omkring 2,5 milliarder lysår fra Jorden.

Den fantastiske opdagelse viste, at 3C 273's iboende lysstyrke skal være uden for diagrammerne, for at den kan se så lys ud på trods af dens enorme afstand. Objektet var ingen stjerne, på trods af de stjernelignende egenskaber ved dets lysemissioner. ('Quasar' er forkortelse for 'kvasi-stjerneklar radiokilde.')



Over tid fandt astronomerne ud af, at kvasarer faktisk skinner fra galaksernes kerner og flammede frem, når supermassive sorte huller der lurer der og sluger enorme mængder gas, støv og andet stof. Alligevel er der stadig mange mysterier om kvasarer, som forskere endnu ikke har løst.

guesswhozoo.com indhentede Schmidt, nu professor emeritus ved Caltech i Pasadena, i denne uge for at diskutere kvasarer, hvordan de har forbedret vores forståelse af universet, og hvordan han har det på vej til dette store jubilæum:

guesswhozoo.com: Så hvordan føles det nu, 50 år efter at have gjort den skelsættende opdagelse?



Maarten Schmidt:Udover at jeg er 50 år ældre (griner)? Det er lidt svært at tro.

Kvasarer har haft en stor effekt på astronomi, fordi de introducerede sorte huller i astronomien. Og selvfølgelig er de objekter, der er så uhyre lyse, at du kan se dem overalt i universet. [ Universets historie og struktur (infografik) ]

guesswhozoo.com: Er minderne om opdagelsen stadig levende i dit sind?



Caltech -astronom Maarten Schmidt, der i 1963 blev den første person til at måle afstanden til en kvasar.

Caltech -astronom Maarten Schmidt, der i 1963 blev den første person til at måle afstanden til en kvasar.(Billedkredit: Bob Paz/Caltech)

Schmidt:Åh, klart, ja. Jeg så bestemt i spektret af 3C 273, at det ganske enkelt var brintspektret i emission, med Balmer -linjer, og at det blev flyttet med omkring seks af deres bølgelængder til det røde [hvilket indikerer hurtig bevægelse væk fra observatøren; fjernere objekter trækker sig tilbage med en større hastighed]. Og da objektet lignede en stjerne, var det fantastisk. Hvad skete der?

Det var tydeligvis ikke en stjerne; stjerner gør det ikke. De har meget små rødforskydninger - op til 0,2 procent på grund af deres bevægelser, aldrig større. Og dette var 16 procent, 80 gange større. Så det, jeg kiggede på, kunne slet ikke være en almindelig stjerne.

At tolke det som en kosmologisk rødforskydning, hvilket jeg snart gjorde, fordi det var så lyst på himlen - lysstyrken viste sig at være meget høj. Og det var bemærkelsesværdigt, fordi det var enormt lysere end normale galakser, selv de største galakser.

Så her har du noget, der er ude i universet, det er mere lysende end en hel galakse, og det ligner en stjerne. Det var en forbløffende oplevelse.

guesswhozoo.com: Hvor rangerer det øjeblik i din karriere?

Schmidt:Det var det vigtigste fund i hele min karriere. Det meste andet arbejde, jeg udførte, var langt arbejde, først i Holland, på 21 centimeter [emissionsbølgelængde] -arbejde med galaktisk struktur, afdækning af spiralstrukturen i vores galakse med 21 centimeter i midten af ​​50'erne, og senere senere om andet arbejde . Men dette slog det hele.

Og det sjove er, at mens de fleste af de andre undersøgelser var lange studier af år og år, kom alt dette mere eller mindre ud på en måned - teknisk set om en eftermiddag. [ Mest kraftfulde kvasar fundet (video) ]

guesswhozoo.com: Hvordan har opdagelsen af ​​kvasars natur påvirket astronomi og vores forståelse af universet?

Schmidt:Der er to aspekter ved det. Astrofysikken var virkelig vigtig, fordi de var sorte huller, og tilsyneladende var de akkumulerende materiale. Et sort hul er jo sort, hvis du ikke får det til at hente ting fra kvarteret. Men hvis du fodrer det med ting, får du en meget lysende akkretionsdisk, der faktisk er meget lysere end hele galaksen - svært at tro - og det var den ting, vi så. Det var ikke blevet realiseret eller set før, og det var meget vigtigt.

Den anden ting var, at når man kiggede på statistikken, viste det sig, at der for 10 milliarder år siden var 100 gange flere af disse kvasarer end nu. Og det kom fra [Schmidts] besværlige arbejde med statistik og at finde komplette prøver, der er veldefinerede med hensyn til størrelse og rødforskydninger og alle mulige andre ting.

Vi har stadig et par [kvasarer] i universet, men det ser ud til, at de snart dør ud. Det er ret mærkeligt, men selvfølgelig på et felt som dette kan du ikke begrænse dig selv til de ting, du tænkte på, som du måske ser. Du skal tage det som det kommer.

Og de var meget svære at studere, for hvad gør man med en punktkilde? Det eneste, du slags kan gøre, er at sprede spektret ud og se på spektret, og det blev gjort for at få rødforskydningen og derefter betingelserne for den gas, der udsendte - det kunne alle undersøges.

Men det tillod ikke, at der blev indsamlet så meget detaljerede oplysninger, og derfor tog det også teoretisk arbejde til sidst-især fra [Donald] Lynden-Bell i Cambridge i 1969-at komme på ideen om, at sorte huller skulle være involveret og hentende materiale fra deres miljø. [ Billeder: Universets sorte huller ]

guesswhozoo.com: Og kvasarer lader også astronomer kigge langt tilbage i tiden, ikke sandt?

Schmidt:Ja. Da kvasarer er så lyse, kan du se dem på meget store afstande. Og fra disse store afstande tager det lyset mange år at komme hertil.

Så nødvendigvis med kvasarerne ser man tilbage i tiden. Du ser tilbage på objekter, som de var for længe siden - jo større rødforskydning, jo længere tid siden. Så det er et vigtigt aspekt af hele undersøgelsen - at du kan dokumentere universets udvikling og dets indhold, begyndende med kvasarer.

I disse dage, efter 50 år, kan det også gøres med andre objekter som gammastråler og endda galakser. Men med kvasarer, fordi de var så lyse og lysende, kunne det gøres umiddelbart efter jeg opdagede rødforskydningen.

Så allerede i 1965 tror jeg, og helt sikkert i 1966, jeg havde allerede i den videnskabelige litteratur udviklet en ganske komplet idé og resultater af, hvordan kvasarer udviklede sig i universet, fra begyndelsen til i dag. Og det arbejde står i nogen grad stadig.

guesswhozoo.com: Hvordan synes du om feltets aktuelle tilstand? Har vi gjort store fremskridt i retning af at forstå kvasarer i det sidste halve århundrede?

Schmidt:Forståelsen har ikke udviklet sig særlig meget i de 50 år. I morgen [torsdag] i [tidsskriftet] Nature finder du en kommentar fra en astronom, der næsten kritiserer astronomi for ikke at opnå dette.

Men det er et svært problem. Og som sagt, en del af hvorfor det er svært er, at du kun ser en punktkilde. Så du ser ikke dens struktur; det er en svær ting at få styr på. Du kan ikke lade være.

guesswhozoo.com: Hvordan kan vi få en bedre forståelse af, hvad der driver kvasarer? Har vi brug for bedre instrumenter? Har vi brug for bedre teori?

Schmidt:Vi skal gå til den størst mulige opløsning i rummet i en slags vinkel, så du kan prøve at lave et kort over kvasaren.

Nu er det ikke umuligt, for i meget stor baseline radioastronomi, hvor du har interferometre, der spænder over mange mange miles - nogle gange endda over hele Jorden - med et stort antal radioantenner, der alle arbejder på den samme kvasar på samme tid, du kan komme med et kort, der har udsøgt opløsning i vinkel. Og det, du så ser, er meget interessant, fordi du ser, at der er bevægelse udad.

Og oprindeligt blev det i midten af ​​70'erne hævdet, at denne bevægelse var hurtigere end lysets hastighed . Men det viste sig senere, at dette havde at gøre med vinkler og så videre, og der er i virkeligheden ingen sådan effekt. Men disse bevægelser ud af kvasars centre sker selv med en hastighed, der er en stor brøkdel af lysets.

Så det er begyndelsen - det var begyndelsen; det har allerede været mange år - med fascinerende undersøgelser om, i meget lille skala, udviklingen af ​​kvasarer, deres struktur, og hvordan man, tro det eller ej, ændrer strukturen fra måned til måned.

sorte hulpartikler slipper ud

guesswhozoo.com: Hvad er det største kvasarmysterium, der endnu ikke er løst?

Schmidt:Det er svært at sige. Jeg tror i detaljer, at forstå energikilden sandsynligvis stadig er det, der mangler. Men når jeg siger 'detaljeret', må jeg indrømme en vis uvidenhed, og jeg kunne ikke forklare, hvad jeg har i tankerne yderligere. Men det er min mistanke om, at det stadig er lidt svagt.

guesswhozoo.com: Gør du noget for at fejre 50-års jubilæum?

Schmidt:Godt, på Caltech vil der være et internationalt symposium, som afholdes den 9. og 10. september. Så det bliver anledningen.

guesswhozoo.com: Men du gør ikke noget på det personlige plan?

Schmidt:Nej, ikke noget særligt. Jeg finder mig selv i aften [onsdag] tale med BBC, måske live, men det er slut på reklamen i denne uge.

Følg Mike Wall på Twitter @michaeldwall . Følg os @Spacedotcom , Facebook eller Google+ . Oprindeligt udgivet den guesswhozoo.com .