Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с Blazer или Blazor .
Блазар.
Художественное впечатление от блазара

Блазара представляет собой активные ядра галактик (AGN) с релятивистской струи (струи , состоящей из ионизируется независимо от того , путешествовать почти со скоростью света ) , направленной почти по направлению к наблюдателю. Релятивистские от электромагнитного излучения от струи делает блазар казаться гораздо ярче , чем они были бы , если струя была направлены в направлении от Земли. [1] Блазары являются мощными источниками излучения во всем электромагнитном спектре и считаются источниками высокоэнергетических гамма- квантов.. Блазары - очень изменчивые источники, часто претерпевают быстрые и резкие колебания яркости в короткие промежутки времени (от часов до дней). Некоторые струи блазаров демонстрируют очевидное сверхсветовое движение , что является еще одним следствием того, что вещество в струе движется к наблюдателю со скоростью, близкой к скорости света.

Категория блазаров включает объекты BL Lac и квазары с оптически сильной переменной (OVV) . Общепринятая теория состоит в том, что объекты BL Lac по своей сути являются радиогалактиками с малой мощностью, а квазары OVV - по своей сути мощные радиогромкие квазары . Название «блазар» было придумано в 1978 году астрономом Эдвардом Шпигелем для обозначения комбинации этих двух классов. [2]

На изображениях в видимом диапазоне длин волн большинство блазаров кажутся компактными и точечными, но изображения с высоким разрешением показывают, что они расположены в центрах эллиптических галактик . [3]

Блазары - важные темы исследований в астрономии и астрофизике высоких энергий . Исследования Blazar включают изучение свойств аккреционных дисков и джетов , центральных сверхмассивных черных дыр и окружающих родительских галактик , а также испускание высокоэнергетических фотонов , космических лучей и нейтрино .

В июле 2018 года команда нейтринной обсерватории IceCube отследила нейтрино, попавшее в ее антарктический детектор в сентябре 2017 года, до точки его происхождения в блазаре на расстоянии 3,7 миллиарда световых лет от нас. Это был первый случай, когда детектор нейтрино был использован для определения местоположения объекта в космосе. [4] [5] [6]

Структура [ править ]

Изображение блазара Маркарян 421 , полученное Sloan Digital Sky Survey , иллюстрирующее яркое ядро ​​и эллиптическую родительскую галактику.

Считается, что блазары, как и все активные галактические ядра (AGN), в конечном итоге получают энергию от материала, падающего на сверхмассивную черную дыру в центре родительской галактики. Газ, пыль и случайные звезды захватываются и вращаются по спирали в этой центральной черной дыре, создавая горячий аккреционный диск, который генерирует огромное количество энергии в виде фотонов , электронов , позитронов и других элементарных частиц . Эта область относительно небольшая, примерно 10 −3 парсеков .

Существует также более крупный непрозрачный тороид, простирающийся на несколько парсеков от черной дыры, содержащий горячий газ со встроенными областями более высокой плотности. Эти «облака» могут поглощать и повторно излучать энергию из регионов, расположенных ближе к черной дыре. На Земле облака обнаруживаются как эмиссионные линии в спектре блазара .

Перпендикулярно аккреционному диску пара релятивистских джетов уносит высокоэнергетическую плазму от АЯГ. Джет коллимирован комбинацией сильных магнитных полей и мощных ветров от аккреционного диска и тороида. Внутри струи фотоны и частицы высокой энергии взаимодействуют друг с другом и с сильным магнитным полем. Эти релятивистские джеты могут простираться на многие десятки килопарсек от центральной черной дыры.

Все эти области могут производить различную наблюдаемую энергию, в основном в виде нетеплового спектра, от очень низкочастотного радио до чрезвычайно энергичного гамма-излучения с высокой поляризацией (обычно несколько процентов) на некоторых частотах. Нетепловой спектр состоит из синхротронного излучения в диапазоне от радио до рентгеновских лучей и обратного комптоновского излучения в диапазоне от рентгеновских лучей до гамма-лучей. Пик теплового спектра в ультрафиолетовой области и слабые линии оптического излучения также присутствуют в квазарах OVV, но слабые или отсутствуют в объектах BL Lac.

Релятивистское сияние [ править ]

Наблюдаемое излучение блазара значительно усиливается релятивистскими эффектами в струе, процессом, называемым релятивистским излучением . Объемная скорость плазмы, из которой состоит струя, может находиться в диапазоне 95–99% скорости света, хотя отдельные частицы движутся с более высокими скоростями в различных направлениях.

Соотношение между светимостью, излучаемой в системе покоя струи, и светимостью, наблюдаемой с Земли, зависит от характеристик струи. Сюда входят сведения о том, возникает ли светимость от фронта ударной волны или от серии более ярких пятен в струе, а также детали магнитных полей внутри струи и их взаимодействия с движущимися частицами.

Простая модель сияя иллюстрирует основные релятивистские эффекты , связывающие светимость в системе покоя струи, S е и светимость наблюдается на Земле, S о : S о пропорциональна S е  ×  D 2 , где D является допплер фактор .

При более подробном рассмотрении задействованы три релятивистских эффекта:

  • Релятивистская аберрация дает фактор D 2 . Аберрация - это следствие специальной теории относительности, в которой направления, которые кажутся изотропными в системе отсчета покоя (в данном случае струи), кажутся смещенными в сторону направления движения в системе отсчета наблюдателя (в данном случае - Земли).
  • Замедление времени дает фактор D +1 . Этот эффект ускоряет кажущееся высвобождение энергии. Если струя излучает выброс энергии каждую минуту в своей собственной системе покоя, это высвобождение будет наблюдаться на Земле гораздо чаще, возможно, каждые десять секунд.
  • Окно может вносить фактор D −1, а затем работает для уменьшения усиления. Это происходит при установившемся потоке, потому что тогда в наблюдаемом окне находится на D меньше элементов жидкости, поскольку каждый элемент был расширен в D раз . Однако для свободно распространяющейся капли материала излучение усиливается на полный D +3 .

Пример [ править ]

Рассмотрим джет с углом к ​​лучу зрения θ = 5 ° и скоростью 99,9% скорости света. Наблюдаемая с Земли светимость в 70 раз превышает излучаемую светимость. Однако, если θ находится на минимальном значении 0 °, струя будет казаться в 600 раз ярче с Земли.

Сияние [ править ]

У релятивистского излучения есть еще одно важное последствие. Джет, не приближающийся к Земле, будет казаться более тусклым из-за тех же релятивистских эффектов. Следовательно, две идентичные по своей природе струи будут казаться значительно асимметричными. В приведенном выше примере любая струя с θ> 35 ° будет наблюдаться на Земле как менее светящаяся, чем это было бы из остальной системы отсчета джета.

Еще одним следствием является то, что популяция идентичных по своей природе АЯГ, разбросанных в космосе со случайными ориентациями струй, будет выглядеть как очень неоднородная популяция на Земле. У немногих объектов, у которых θ мало, будет одна очень яркая струя, в то время как у остальных, очевидно, будут значительно более слабые струи. Те, у которых θ изменяется от 90 °, будут иметь асимметричные струи.

В этом суть связи между блазарами и радиогалактиками. АЯГ, струи которых ориентированы близко к линии прямой видимости с Землей, могут сильно отличаться от других АЯГ, даже если они по сути идентичны.

Открытие [ править ]

Многие из более ярких блазаров были впервые идентифицированы не как мощные далекие галактики, а как нерегулярные переменные звезды в нашей собственной галактике. Эти блазары, как и настоящие неправильные переменные звезды, меняли яркость в течение нескольких дней или лет, но без какой-либо закономерности.

Раннее развитие радиоастрономии показало, что на небе много ярких радиоисточников. К концу 1950 - х годов, то разрешение на радиотелескопах было достаточно , чтобы определить конкретные источники радио с оптическими аналогами, что приводит к открытию квазаров . Блазары были широко представлены среди этих ранних квазаров, и первое красное смещение было обнаружено для 3C 273 , очень изменчивого квазара, который также является блазаром.

В 1968 г. аналогичная связь была установлена ​​между «переменной звездой» BL Lacertae и мощным радиоисточником VRO 42.22.01. [7] BL Lacertae демонстрирует многие характеристики квазаров, но в оптическом спектре отсутствовали спектральные линии, используемые для определения красного смещения. Слабые признаки лежащей в основе галактики - доказательство того, что BL Lacertae не была звездой - были обнаружены в 1974 году.

Внегалактическая природа BL Lacertae не стала неожиданностью. В 1972 году несколько переменных оптических и радиоисточников были сгруппированы вместе и предложены как новый класс галактик: объекты типа BL Lacertae . Эта терминология вскоре была сокращена до «объект BL Lacertae», «объект BL Lac» или просто «BL Lac». (Последний термин также может означать исходный отдельный блазар, а не весь класс.)

По состоянию на 2003 год было известно несколько сотен объектов BL Lac. Один из ближайших блазаров находится на расстоянии 2,5 миллиарда световых лет от нас. [8] [9]

Текущее представление [ править ]

Считается, что блазары являются активными галактическими ядрами с релятивистскими джетами, ориентированными близко к лучу зрения наблюдателя.

Особая ориентация струи объясняет общие специфические характеристики: высокая наблюдаемая светимость, очень быстрое изменение, высокая поляризация (по сравнению с квазарами без блазара) и видимые сверхсветовые движения, обнаруженные вдоль первых нескольких парсеков джетов в большинстве блазаров.

Стало общепринятым Единая схема или Единая модель, в которой квазары с высокой степенью изменчивости связаны с внутренне мощными радиогалактиками, а объекты BL Lac связаны с внутренне слабыми радиогалактиками. [10] Различие между этими двумя связанными популяциями объясняет разницу в свойствах эмиссионных линий у блазаров. [11]

Другие объяснения подхода релятивистской струи / единой схемы, которые были предложены, включают гравитационное микролинзирование и когерентное излучение из релятивистской струи. Ни то, ни другое не объясняет общих свойств блазаров. Например, микролинзирование ахроматическое. То есть все части спектра будут расти и падать вместе. В блазарах этого не наблюдается. Однако возможно, что эти процессы, а также более сложная физика плазмы могут объяснить конкретные наблюдения или некоторые детали.

Примеры блазаров: 3C 454.3 , 3C 273 , BL Lacertae , PKS 2155-304 , Markarian 421 , Markarian 501 и S5 0014 + 81 . Маркарян 501 и S5 0014 + 81 также называют «ТэВ-блазарами» из-за их высокоэнергетического (тераэлектронвольтный диапазон) гамма-излучения. S5 0014 + 81 также примечателен самой массивной черной дырой, когда-либо наблюдавшейся, с массой 40 миллиардов Солнца.

В июле 2018 года блазар под названием TXS 0506 + 056 [12] был идентифицирован как источник высокоэнергетических нейтрино проектом IceCube . [5] [6] [13]

См. Также [ править ]

  • Формирование и эволюция галактик
  • Список статей по физике плазмы
  • Квазар
  • Сейфертовская галактика

Заметки [ править ]

  1. ^ Урри, CM; Падовани, П. (1995). «Унифицированные схемы для радиоактивных активных ядер галактик». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 107 : 803. arXiv : astro-ph / 9506063 . Bibcode : 1995PASP..107..803U . DOI : 10.1086 / 133630 . S2CID  17198955 .
  2. ↑ Келлерманн, Кеннет (2 октября 1992 г.). «Изменчивость блазаров». Наука . 258 (5079): 145+.
  3. ^ Урри, CM; Scarpa, R .; О'Дауд, М .; Falomo, R .; Pesce, JE; Тревес, А. (2000). "Обзор космическим телескопом Хаббла объектов BL Lacertae. II. Вмещающие галактики". Астрофизический журнал . 532 (2): 816. arXiv : astro-ph / 9911109 . Bibcode : 2000ApJ ... 532..816U . DOI : 10.1086 / 308616 . S2CID 17721022 . 
  4. ^ Overbye, Dennis (12 июля 2018). «Он пришел из черной дыры и приземлился в Антарктиде - впервые астрономы проследили за космическими нейтрино в огнедышащем сердце сверхмассивного блазара» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 13 июля 2018 .
  5. ^ a b «Нейтрино, упавшее в Антарктиду, прослеживается до галактики в 3,7 миллиарда световых лет от нас» . Хранитель . 12 июля 2018 . Проверено 12 июля 2018 .
  6. ^ a b «Обнаружен источник космической частицы-призрака» . BBC . 12 июля 2018 . Проверено 12 июля 2018 .[ постоянная мертвая ссылка ]
  7. ↑ Schmitt JL (1968): «BL Lac идентифицирован как радиоисточник», Nature 218, 663
  8. ^ "Некоторые причудливые черные дыры ставят световые шоу" . NPR.org . Проверено 12 июля 2020 .
  9. ^ Учияма, Ясунобу; Урри, К. Меган; Cheung, CC; Шут, Себастьян; Ван Дайн, Джеффри; Коппи, Паоло; Самбруна, Рита М .; Такахаши, Тадаюки; Тавеккьо, Фабрицио; Мараски, Лаура (10 сентября 2006 г.). «Проливая новый свет на 3C 273 Jet с помощью космического телескопа Spitzer» . Астрофизический журнал . 648 (2): 910–921. arXiv : astro-ph / 0605530 . Bibcode : 2006ApJ ... 648..910U . DOI : 10.1086 / 505964 . ISSN 0004-637X . 
  10. ^ «Черная дыра„Batteries“Keep Блазары идти и идти» . Проверено 31 мая 2015 .
  11. ^ Ajello, M .; Романи, RW; Gasparrini, D .; Шоу, MS; Bolmer, J .; Коттер, G .; Finke, J .; Greiner, J .; Хили, SE (01.01.2014). "Космическая эволюция объектов Fermi BL Lacertae". Астрофизический журнал . 780 (1): 73. arXiv : 1310.0006 . Bibcode : 2014ApJ ... 780 ... 73A . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 780/1/73 . ISSN 0004-637X . S2CID 8733720 .  
  12. ^ "Результат запроса SIMBAD" . simbad.u-strasbg.fr . Проверено 13 июля 2018 .
  13. ^ "IceCube Neutrinos указывает на долгожданный ускоритель космических лучей" . icecube.wisc.edu . Проверено 13 июля 2018 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Сеть высоких энергий AAVSO
  • Список мониторинга Blazar, Университет Пердью
  • Расширяющаяся галерея найма Blazar Images
  • НАСА: Видео с концепцией художника Blazars
  • Космический туман НАСА
  • Гамма-перепись НАСА
  • Видео 13 мая 2013 года, НАСА Ферми показывает, как активные галактики могут быть-блазарами
  • Беседа на TED о блазарах Джедиды Ислер