Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Астрофизическая струя является астрономическим явлением , при котором отток ионизированного вещества выбрасывается в виде расширенный пучка вдоль оси вращения . [1] Когда это сильно ускоренное вещество в луче приближается к скорости света , астрофизические джеты становятся релятивистскими, поскольку они демонстрируют эффекты специальной теории относительности . [2]

Формирование и приведение в действие астрофизических джетов - очень сложные явления, связанные со многими типами астрономических источников высоких энергий. Вероятно, они возникают из-за динамических взаимодействий в аккреционных дисках , активные процессы которых обычно связаны с компактными центральными объектами, такими как черные дыры , нейтронные звезды или пульсары . Одно из объяснений состоит в том, что запутанные магнитные поля [2] организованы таким образом, чтобы направлять два диаметрально противоположных луча от центрального источника под углами шириной всего несколько градусов (c.> 1%). [3] На струи также может влиять эффект общей теории относительности, известный как перетаскивание кадра .[4]

Большинство крупнейших и наиболее активных джетов создается сверхмассивными черными дырами (СМЧД) в центре активных галактик, таких как квазары и радиогалактики, или внутри скоплений галактик. [5] Такие струи могут превышать миллионы парсеков в длину. [3] Другие астрономические объекты, содержащие джеты, включают катаклизмические переменные звезды , рентгеновские двойные системы и гамма-всплески (GRB). Другие связаны с областями звездообразования, включая звезды типа Т Тельца и объекты Хербига – Аро , которые вызваны взаимодействием джетов смежзвездная среда . Биполярные оттоки или струя могут быть также связаны с протозвездами , [6] или эволюционировали пост-AGB звезд, планетарные туманности и биполярные туманностями .

Релятивистские джеты [ править ]

Релятивистский джет. Окружающая среда вокруг АЯГ, где релятивистская плазма коллимируется в струи, которые выходят вдоль полюса (полюсов) сверхмассивной черной дыры .

Релятивистские струи - это пучки ионизированной материи, ускоряющиеся до скорости света. Большинство из них были связаны с центральными черными дырами некоторых активных галактик , радиогалактик или квазаров , а также с галактическими звездными черными дырами , нейтронными звездами или пульсарами . Длина луча может составлять от нескольких тысяч [7] сотен тысяч [8] или миллионов парсеков. [3] Скорости струй, приближающиеся к скорости света, демонстрируют существенные эффекты специальной теории относительности ; например, релятивистское излучениечто изменяет видимую яркость луча. [9]

Эллиптическая галактика M87, излучающая релятивистский джет, изображение с космического телескопа Хаббла

Массивные центральные черные дыры в галактиках имеют самые мощные струи, но их структура и поведение аналогичны таковым у меньших галактических нейтронных звезд и черных дыр . Эти системы сверхмассивных чёрных дыр часто называют микроквазарами и показывают большой диапазон скоростей. Например, струя SS433 имеет среднюю скорость 0,26 c . [10] Формирование релятивистских струй может также объяснить наблюдаемые гамма-всплески .

Механизмы, лежащие в основе состава струй, остаются неясными [11], хотя некоторые исследования отдают предпочтение моделям, в которых струи состоят из электрически нейтральной смеси ядер , электронов и позитронов , в то время как другие согласуются со струями, состоящими из позитронно-электронной плазмы. [12] [13] [14] Ядра-следы, захваченные релятивистской позитронно-электронной струей, должны иметь чрезвычайно высокую энергию, поскольку эти более тяжелые ядра должны достигать скорости, равной скорости позитрона и электрона.

Вращение как возможный источник энергии [ править ]

Из-за огромного количества энергии, необходимого для запуска релятивистской струи, некоторые струи, возможно, питаются от вращающихся черных дыр . Однако частота появления высокоэнергетических астрофизических источников с джетами предполагает комбинации различных механизмов, косвенно идентифицируемых с энергией в соответствующем аккреционном диске и рентгеновским излучением генерирующего источника. Для объяснения того, как энергия может быть передана из черной дыры в астрофизический джет, использовались две ранние теории:

  • Процесс Бландфорда – Знаека . [15] Эта теория объясняет извлечение энергии из магнитных полей вокруг аккреционного диска, которые увлекаются и скручиваются вращением черной дыры. Тогда релятивистский материал может быть запущен сужением силовых линий.
  • Механизм Пенроуза . [16] Здесь энергия извлекается из вращающейся черной дыры путем перетаскивания кадра , что позже было теоретически доказано, что оно может извлекать энергию и импульс релятивистских частиц [17], а затем показано, что это возможный механизм образования струи. [18] Этот эффект также можно объяснить с точки зрения гравитоэлектромагнетизма .

Релятивистские струи нейтронных звезд [ править ]

Пульсар IGR J11014-6103 с остатком сверхновой звезды, туманностью и джетом

Джеты также можно наблюдать от вращающихся нейтронных звезд. Примером может служить пульсар IGR J11014-6103 , у которого самая большая струя, наблюдаемая на сегодняшний день в Галактике Млечный Путь , и скорость которого оценивается в 80% от скорости света (0,8 c ). Были получены рентгеновские наблюдения, но не было обнаружено радио-сигнатуры и аккреционного диска. [19] [20] Первоначально предполагалось, что этот пульсар быстро вращается, но более поздние измерения показали, что скорость вращения составляет всего 15,9 Гц. [21] [22] Такая низкая скорость вращения и отсутствие аккреционного материала предполагают, что джет не имеет ни вращения, ни аккреции, хотя кажется, что он выровнен с осью вращения пульсара и перпендикулярен истинному движению пульсара.

Другие изображения [ править ]

  • Центавр А в рентгеновских лучах, показывающий релятивистский джет

  • Джет M87, видимый Очень большой решеткой в радиочастотном диапазоне (поле обзора больше и повернуто относительно изображения выше).

  • Архив наследия Хаббла Изображение релятивистского джета в ближнем УФ- диапазоне в 3C 66B

  • Галактика NGC 3862, внегалактическая струя вещества, движущаяся почти со скоростью света, видна в позиции трех часов.

  • Некоторые из струйных самолетов в HH 24-26 , которые содержат самую высокую концентрацию струй, известную где-либо в небе.

См. Также [ править ]

  • Аккреционный диск
  • Биполярный отток
  • Процесс Бландфорда-Знаека
  • CGCG 049-033 , эллиптическая галактика, расположенная в 600 миллионах световых лет от Земли, известная тем, что открыла самую длинную галактическую струю.
  • Список статей по физике плазмы

Ссылки [ править ]

  1. ^ Beall, JH (2015). "Обзор астрофизических джетов" (PDF) . Труды науки : 58. Bibcode : 2015mbhe.confE..58B . Проверено 19 февраля +2017 .
  2. ^ a b Морабито, Линда А .; Мейер, Дэвид (2012). «Джеты и аккреционные диски в астрофизике - краткий обзор». arXiv : 1211.0701 [ Physics.gen -ph ].
  3. ^ a b c Вольфганг, К. (2014). «Единообразное описание всех астрофизических джетов» (PDF) . Труды науки : 58. Bibcode : 2015mbhe.confE..58B . Проверено 19 февраля +2017 .
  4. ↑ Миллер-Джонс, Джеймс (апрель 2019 г.). «Быстро меняющаяся ориентация струи в системе черных дыр звездной массы V404 Cygni» (PDF) . Природа . 569 (7756): 374–377. arXiv : 1906.05400 . Bibcode : 2019Natur.569..374M . DOI : 10.1038 / s41586-019-1152-0 . PMID 31036949 . S2CID 139106116 .   
  5. ^ Беолл, J. H (2014). «Обзор астрофизических джетов» . Acta Polytechnica CTU Proceedings . 1 (1): 259–264. Bibcode : 2014mbhe.conf..259B . DOI : 10,14311 / APP.2014.01.0259 .
  6. ^ "Звездные сараи через обратный водоворот" . Astronomy.com . 27 декабря 2007 . Дата обращения 26 мая 2015 .
  7. ^ Головной убор, J. (6 января 1999). «Хаббл обнаруживает движение в галактике M87 быстрее света» .
  8. ^ «Доказательства сверхэнергетических частиц в струе из черной дыры» . Йельский университет - Управление по связям с общественностью. 20 июня 2006 Архивировано из оригинала на 2008-05-13.
  9. ^ Семенов, В .; Дядечкин, С .; Пансли, Б. (2004). «Моделирование струй, вызываемых вращением черной дыры» . Наука . 305 (5686): 978–980. arXiv : astro-ph / 0408371 . Bibcode : 2004Sci ... 305..978S . DOI : 10.1126 / science.1100638 . PMID 15310894 . S2CID 1590734 .  
  10. ↑ Бланделл, Кэтрин (декабрь 2008 г.). «Скорость струи в SS 433: ее антикорреляция с углом прецессионного конуса и зависимость от орбитальной фазы» . Астрофизический журнал . 622 (2): 129. DOI : 10,1086 / 429663 . Проверено 15 января 2021 года .
  11. ^ Георганопулос, М .; Казанас, Д .; Perlman, E .; Stecker, FW (2005). «Массовая комптонизация космического микроволнового фона внегалактическими джетами как проба их материального содержания». Астрофизический журнал . 625 (2): 656–666. arXiv : astro-ph / 0502201 . Bibcode : 2005ApJ ... 625..656G . DOI : 10.1086 / 429558 . S2CID 39743397 . 
  12. ^ Hirotani, K .; Iguchi, S .; Kimura, M .; Вадзима, К. (2000). «Парное доминирование плазмы в релятивистской струе 3C 345 в масштабе Парсека». Астрофизический журнал . 545 (1): 100–106. arXiv : astro-ph / 0005394 . Bibcode : 2000ApJ ... 545..100H . DOI : 10.1086 / 317769 . S2CID 17274015 . 
  13. ^ Электрон-позитронные струи, связанные с Quasar 3C 279
  14. ^ Naeye, R .; Гутро, Р. (9 января 2008 г.). «Огромное облако антивещества, прослеженное до двойных звезд» . НАСА .
  15. ^ Blandford, RD; Знаек, Р.Л. (1977). «Электромагнитное извлечение энергии из черных дыр Керра». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 179 (3): 433. arXiv : astro-ph / 0506302 . Bibcode : 1977MNRAS.179..433B . DOI : 10.1093 / MNRAS / 179.3.433 .
  16. ^ Пенроуз, Р. (1969). «Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности». Ривиста-дель-Нуово-Чименто . 1 : 252–276. Bibcode : 1969NCimR ... 1..252P .Перепечатано в: Penrose, R. (2002). « » Золотой Олди «: Гравитационный коллапс: Роль общей теории относительности». Общая теория относительности и гравитации . 34 (7): 1141–1165. Bibcode : 2002GReGr..34.1141P . DOI : 10,1023 / A: 1016578408204 . S2CID 117459073 . 
  17. Перейти ↑ Williams, RK (1995). «Извлечение рентгеновских лучей, Ύ-лучей и релятивистских пар e - e + из сверхмассивных черных дыр Керра с использованием механизма Пенроуза». Физический обзор . 51 (10): 5387–5427. Bibcode : 1995PhRvD..51.5387W . DOI : 10.1103 / PhysRevD.51.5387 . PMID 10018300 . 
  18. Перейти ↑ Williams, RK (2004). «Коллимированные убегающие вихревые полярные e − e + струи, изначально создаваемые вращающимися черными дырами и процессами Пенроуза». Астрофизический журнал . 611 (2): 952–963. arXiv : astro-ph / 0404135 . Bibcode : 2004ApJ ... 611..952W . DOI : 10.1086 / 422304 . S2CID 1350543 . 
  19. ^ "Чандра :: Фотоальбом :: IGR J11014-6103 :: 28 июня 2012 г." .
  20. ^ Паван, L .; и другие. (2015). «Пристальный взгляд на оттоки ИГР J11014-6103». Астрономия и астрофизика . 591 : A91. arXiv : 1511.01944 . Bibcode : 2016A & A ... 591A..91P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201527703 . S2CID 59522014 . 
  21. ^ Паван, L .; и другие. (2014). "Длинная спиральная струя туманности Маяк, IGR J11014-6103" (PDF) . Астрономия и астрофизика . 562 (562): А122. arXiv : 1309,6792 . Бибкод : 2014A & A ... 562A.122P . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201322588 . S2CID 118845324 .   Длинная спиральная струя туманности Маяк стр.7
  22. ^ Halpern, JP; и другие. (2014). «Обнаружение рентгеновских пульсаций от ИНТЕГРАЛЬНОГО источника ИГР J11014-6103». Астрофизический журнал . 795 (2): L27. arXiv : 1410,2332 . Bibcode : 2014ApJ ... 795L..27H . DOI : 10.1088 / 2041-8205 / 795/2 / L27 . S2CID 118637856 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • НАСА - Спросите астрофизика: биполярные струи в черной дыре
  • SPACE.com - Искаженная физика: как разрастаются черные дыры
  • Блэндфорд, Роджер; Агол, Эрик; Бродерик, Эйвери; Хейл, Джереми; Купманс, Леон; Ли, Хи-Вон (2001). «Компактные объекты и аккреционные диски». arXiv : astro-ph / 0107228v1 .
  • Видео с телескопа Хаббла показывает ударное столкновение внутри струи черной дыры ( статья )