הקוואזרים הראשונים התגלו בסקרי רדיו, ועד סוף שנות ה-60 היו ידועים כמה מאות. חיפוש קוואזרים בגלי רדיו יעיל מאוד, כי פליטת רדיו חזקה היא סימן טוב לפעילות לא תרמית. אבל מתברר שרק מעט קוואזרים הם מקורות רדיו חזקים, ואת רובם צריך למצוא לפי האור הנראה שלהם. חיפוש באור נראה קשה יותר, כי השמיים מלאים בכוכבים ובגלקסיות חיוורים. למזלנו, הצבע הכחול מאוד של הקוואזרים וקווי הפליטה הרחבים שלהם, בהיסט לאדום גבוה, מבדילים אותם מכוכבים. היום החיפוש באור נראה הוא הדרך היעילה ביותר למצוא קוואזרים. מספר הקוואזרים הידועים גדל מכמה מאות ב-1970 לכמה אלפים ב-1985 ול-20,000 בשנת 2000. מאז, סקרים גדולים בטלסקופ האנגלו-אוסטרלי ובטלסקופ של סקר השמיים הדיגיטלי סלואן הגדילו את המספר באופן דרמטי: היום ידועים יותר ממיליון קוואזרים!
הקוואזרים רחוקים מאוד. ההיסט לאדום של רובם נע בין z = 0.2 ל-z = 7.5 (יש מעט קוואזרים קרובים יותר, כמו 3C 273 ב-z = 0.16). ב-2026 פרסם טלסקופ החלל אוקלידס קבוצה של קוואזרים שהעלתה את הגבול העליון ל-z = 7.8. לפי הקירוב d = z c / H0, קוואזר ב-z = 0.2 נמצא במרחק של 0.2 × 3 × 105 / 70 ≈ 860 מגה-פרסק – כ-2.8 מיליארד שנות אור. המרחק לקוואזרים בהיסט לאדום הגבוה ביותר תלוי במודל הקוסמולוגי, אבל הוא כ-9,000 מגה-פרסק, כ-29 מיליארד שנות אור (מרחק בהווה). זמן המבט לאחור נע בין כ-18% לכ-95% מגיל היקום. הנגיהות (luminosity) של הקוואזרים משתנה בטווח גדול: מפי 1012 ועד יותר מפי 1014 מנגיהות השמש – עד פי אלפים מהנגיהות של גלקסיית שביל החלב.
לאסטרונומים יש שיטה מתוחכמת לגלות את הגודל של האזור שממנו נפלטת הקרינה של קוואזר. השיטה מבוססת על כך שעוצמת הקרינה הלא תרמית משתנה בדרך כלל. עוצמת האור של רוב הקוואזרים משתנה בפרקי זמן של כמה שבועות או חודש. מכיוון שמהירות האור סופית, מהנתון הזה אפשר להסיק גבול עליון לגודל העצם. נניח שקוטר העצם הוא שנת אור אחת. אם האור של העצם כולו משתנה, השינוי באור מהצד הרחוק של העצם יגיע אלינו שנה אחרי השינוי באור מהצד הקרוב. לכן עוצמת האור של עצם אינה יכולה להשתנות מהר יותר מהזמן שלוקח לאור לחצות אותו מצד לצד. אם קוואזר משתנה בתוך שבוע אחד בלבד, הקוטר שלו קטן משבוע אור, כלומר מ-3 × 105 × 3,600 × 24 × 7 ≈ 1.8 × 1011 ק"מ. זה כ-1,200 יחידות אסטרונומיות, רק כעשר פעמים קוטר מערכת השמש. הערכת הגודל לפי זמן המעבר של האור טובה בסדרי גודל מכל הערכה שאפשר לקבל מהצילום הטוב ביותר מהחלל.
תפוקת האנרגיה העצומה של הקוואזרים מגיעה מנפח זעיר במרכז הגלקסיה המארחת. כדי להמחיש את הריכוז המדהים הזה של אנרגיה, דמיינו שאתם טסים בלילה מעל עיר גדולה, ואורות העיר פרושים מתחתיכם. בעיר יש אולי כ-100 מיליון אורות של בתים, רחובות ומכוניות, על פני אזור שקוטרו 50 קילומטרים. חשבו על כל אור ככוכב (למעשה כל אור מייצג בערך אלף כוכבים). הקוואזר הוא אז מקור אור שקוטרו סנטימטר אחד בלבד, ועוצמתו שווה לפי אלף מכל אורות העיר יחד! לדחוס כל כך הרבה אנרגיה לנפח קטן כל כך – זה אתגר אמיתי לתאוריות על מקור האנרגיה של הקוואזרים. חור שחור על-מסיבי, שפועל כ"מנוע כבידה", הוא הדרך הסבירה היחידה להפיק כמות כזו של אנרגיה מנפח קטן כל כך.
באדיבות Astropedia
בספקטרום של קוואזרים יש קווי פליטה חזקים ורחבים. האסטרונומים יצרו ספקטרום מורכב (ממוצע של קוואזרים רבים), שמדגים את המאפיינים הספקטרליים האופייניים של קוואזר. אם רוחב הקווים נובע מאפקט דופלר, הגז החם שפולט אותם נע במהירויות של 10,000 עד 20,000 ק"מ בשנייה – כ-5% ממהירות האור. קווי הפליטה החזקים ביותר הם של מימן, פחמן, מגנזיום, ניאון, חמצן וחנקן מיוננים. יסודות כבדים נצפו גם בספקטרה של הקוואזרים הרחוקים ביותר, שזמן המבט לאחור אליהם הוא כ-12 עד 13 מיליארד שנה. מכאן שחוקי הפיזיקה כנראה אינם משתנים לאורך מרחקים עצומים: היסודות שאנחנו רואים בקצוות הרחוקים של היקום הם אותם יסודות שאנחנו מוצאים בסביבת השמש. ומכיוון שאנחנו רואים את היסודות הכבדים האלה בזמן מבט לאחור של 95% מגיל היקום, דורות של כוכבים חיו ומתו כבר ב-5% הראשונים של חיי היקום. היסודות האלה התפזרו אחר כך בתווך הבין-כוכבי, והפכו לאטומים מיוננים בגז שמסתחרר קרוב לליבת הקוואזר.
כדי להתקדם מעבר לתיאור פשוט של תכונות הקוואזרים, צריך לדעת יותר על ה"דמוגרפיה" שלהם: כמה קוואזרים יש בנפח מסוים של המרחב, בני כמה הם, ואיך הם קשורים לגלקסיות רגילות? הממצא החשוב ביותר הוא שהקוואזרים מתפתחים. מספר הקוואזרים עולה בתלילות ככל שמחפשים קוואזרים חיוורים יותר, וזה מעיד שבעבר הקוואזרים היו גם בעלי נגיהות גבוהה יותר וגם רבים יותר. בעזרת מדגמים גדולים ושלמים אפשר לשחזר את ההיסטוריה של אוכלוסיית הקוואזרים. הקוואזרים הראשונים נוצרו לפני כ-13 מיליארד שנה. מספרם גדל במשך 2 עד 3 מיליארד שנה, עד שהגיע לצפיפות מרבית במרחב ב-z = 2. מאז הם הולכים ודועכים בהדרגה, כמו גחלים לוהטות. הצפיפות במרחב של קוואזרים בעלי נגיהות גבוהה קטנה היום פי מאות ממה שהייתה לפני 10 מיליארד שנה, בשיא המפואר של פעילות הקוואזרים. הקוואזרים המאירים ביותר נדירים מאוד היום: כדי למצוא אחד, האסטרונומים צריכים לחפש בנפח של המרחב שקוטרו כ-500 מגה-פרסק!
אם משווים את המספרים היחסיים של קוואזרים וגלקסיות בנפח קבוע של המרחב, נמצא שבערך בגלקסיה אחת מכל 100 יש פעילות של קוואזר. את הנתון הזה אפשר לפרש בשתי דרכים. אולי גלקסיה אחת מכל 100 מיוחדת באופן כלשהו, שגורם לה לפתח גרעין של קוואזר. ואולי כל גלקסיה עוברת שלב של פעילות קוואזר, שנמשך מאית מגיל היקום – כ-100 מיליון שנה. אנחנו מוגבלים לתמונת מצב רגעית של היקום, תוצאה בלתי נמנעת של חיינו הקצרים ושל גילו הרב של היקום. בכל רגע נתון, רק גלקסיה אחת מכל 100 "דולקת" ומראה פעילות של קוואזר. שתי האפשרויות נראות זהות, ומפקד פשוט אינו יכול להבדיל ביניהן. אבל אם מוסיפים את המידע שבכל גלקסיה קרובה יש חור שחור על-מסיבי, אבל כמעט כולם רדומים, מקבלים את התשובה: לכל גלקסיה יש פוטנציאל לפעילות של קוואזר, אבל הפעילות מתרחשת בפרצים, ובכל גלקסיה היא מתרחשת רק כאחוז אחד מהזמן.
→ הסעיף הקודם: 16.20 סוגים של עדשות כבידה | הסעיף הבא: 16.22 מקור האנרגיה של הקוואזרים ←