Ewolucja Wszechświata

Z punktu widzenia badań kosmologicznych zaletą kwazarów jest ich ogromna odległość od nas, która przekłada się na dystans czasowy. Dziś już znane są nam obiekty o redshifcie większym nią 5 (Przykładowo 3C279 ma z = 5,5) i wciąż odkrywane są dalsze. Na potrzebę naszych rozważań zdefiniujmy współporuszającą się gęstość kwazarów jako ilość kwazarów na jednostkę objętości współporuszającego się Wszechświata (właściwa objętość jest proporcjonalna do współporuszającej się razy (1+z)^-3). Wielkość ta dla nieewoluującej populacji jest stała, a zatem zyskujemy dużą wygodę przy badaniu rozkładu źródeł w funkcji redshiftu. Gdy ulega ona zmianie oznacza to prawdziwą zmianę, a nie wynik ekspansji. Na rys. 8 widzimy względną gęstość kwazarów zmieniającą się wraz z wiekiem Wszechświata. Widać wyraźne maksimum dla z = 2,5, które występuje zarówno w części optycznej jak i radiowej. Odpowiadający tej wartości z czas (ok. 0.35 wieku Wszechświata) bywa nazywany epoką kwazarów. Wiemy, że ilość kwazarów przy zadanym z przekłada się na średnią gęstość materii we Wszechświecie.

Rys. 8. Funkcje jasności kwazarów przy różnych redshiftach dla modelu płaskiego Wszechświata'' (Boyle,1988)

Rys. 9. Ewolucja w czasie względnej gęstości kwazarów

Aby prześledzić ewolucje kwazarów w danym okresie czasu we Wszechświecie, zrobiono wykres przedstawiający funkcję jasności (współporuszającą się gęstość na jednostkę wielkości gwiazdowej) w funkcji absolutnej wielkości gwiazdowej w zadanych przedziałach z, co przedstawia rys. 7. Widać, że wraz z maleniem redshiftu maleje również jasność obiektów, a krzywe stają się coraz bardziej poziome i dla z < 0,3 funkcja jasności jest już niezależna od z (z czego wynika, że gęstość kwazarów staje się coraz bardziej stała). Pozwala to tłumaczyć brak tych obiektów dzisiaj jako rezultat ewolucji, czyli spadku ich jasności. Zaś patrząc w stronę rosnących z, rośnie jasność obiektów, choć od ok. z = 2 wzrost ten zaczyna zwalniać.

Są trzy główne teorie pozwalające tłumaczyć zaobserwowany efekt. Pierwsza zakłada, że obserwujemy ewolucję długowiecznych, indywidualnych kwazarów. Oznaczałoby to, że jedynie niewielki procent galaktyk przeszedł przez etap kwazara. Druga mówi, że prawie każda galaktyka przeszła przez krótki okres aktywności jako kwazar (ok. 10⁷ - 10⁸ lat), a my widzimy ich uśredniony efekt. Zaś trzecia, pośrednia, zakłada sporadyczne występowanie dłużej żyjących kwazarów w każdej gromadzie galaktyk. Obecnie argumenty przechylają się w stronę drugiej opcji.

Co się dzieje z kwazarem, który traci na jasności (kończy mu się paliwo'')? Można sobie wyobrazić dwie sytuacje. Pierwszą dla radiowo głośnego kwazara, który przechodzi najpierw w radiogalaktykę, a później normalną, eliptyczną galaktykę, a drugą dla radiowo cichego kwazara, który ewoluuje do galaktyki Seyferta, a potem aż do normalnej, spiralnej galaktyki. Teoria ta wymaga jednak jeszcze lepszego potwierdzenia.