Радиогалактики и их родственники, радиогромкие квазары и блазары - это типы активных ядер галактик , которые очень светятся в радиоволнах со светимостью до 10 39 Вт в диапазоне от 10 МГц до 100 ГГц. [1] Радиоизлучение связано с синхротронным процессом . Наблюдаемая структура радиоизлучения определяется взаимодействием двойниковых струй с внешней средой, модифицированным эффектами релятивистского излучения . В хозяйских галактик почти исключительно крупные эллиптические галактики . Радио-громкийактивные галактики могут быть обнаружены на больших расстояниях, что делает их ценными инструментами для наблюдательной космологии . В последнее время было выполнено много работ по влиянию этих объектов на межгалактическую среду , особенно на группы и скопления галактик .
Эмиссионные процессы
Радиоизлучение от радио-активных громких галактик синхротронного излучения , так как вытекает из его очень гладких, широкополосного характера и сильной поляризации . Это означает, что радиоизлучающая плазма содержит, по крайней мере, электроны с релятивистскими скоростями ( лоренц-фактор ~ 10 4 ) и магнитные поля . Поскольку плазма должна быть нейтральной, она также должна содержать протоны или позитроны . Невозможно определить содержание частиц непосредственно из наблюдений синхротронного излучения. Более того, невозможно определить плотности энергии в частицах и магнитных полях из наблюдения: одна и та же излучательная способность синхротрона может быть результатом нескольких электронов и сильного поля, или слабого поля и большого количества электронов, или чего-то среднего. Можно определить условие минимальной энергии, которое представляет собой минимальную плотность энергии, которую может иметь область с заданным коэффициентом излучения, но в течение многих лет не было особых причин полагать, что истинные энергии были где-то рядом с минимальными энергиями. [2]
Родственный процесс синхротронному излучению - обратный комптоновский процесс, в котором релятивистские электроны взаимодействуют с окружающими фотонами, а Томсон рассеивает их до высоких энергий. Обратно-комптоновское излучение от радио-громких источников оказывается особенно важным в рентгеновских лучах [3], и, поскольку оно зависит только от плотности электронов, обнаружение обратного комптоновского рассеяния позволяет получить в некоторой степени зависящую от модели оценку величины плотности энергии в частицах и магнитных полях. Это использовалось, чтобы доказать, что многие мощные источники на самом деле очень близки к условию минимальной энергии.
Синхротронное излучение не ограничивается радиоволнами: если радиоисточник может ускорять частицы до достаточно высоких энергий, особенности, обнаруживаемые в радиоволнах, также могут быть видны в инфракрасном , оптическом , ультрафиолетовом или даже рентгеновском диапазоне . В последнем случае ответственные электроны должны иметь энергию, превышающую 1 ТэВ при типичных значениях напряженности магнитного поля. Опять же, поляризация и непрерывный спектр используются, чтобы отличить синхротронное излучение от других процессов излучения. Джеты и горячие точки являются обычными источниками высокочастотного синхротронного излучения. С точки зрения наблюдений трудно отличить синхротронное излучение от инверсно-комптоновского излучения, что делает их предметом постоянных исследований.
Процессы, известные как ускорение частиц, порождают совокупности релятивистских и нетепловых частиц, которые вызывают синхротронное и обратное комптоновское излучение. Ускорение Ферми - это один из возможных процессов ускорения частиц в радиоактивных галактиках.
Радиоструктуры
Радиогалактики и, в меньшей степени, радиогромкие квазары отображают широкий спектр структур на радиокартах. Наиболее распространенные крупномасштабные структуры называются лепестками : это двойные, часто довольно симметричные, примерно эллипсоидальные структуры, расположенные по обе стороны от активного ядра. Значительное меньшинство источников с низкой светимостью имеет структуры, обычно известные как шлейфы, которые намного более вытянуты. Некоторые радиогалактики показывают одну или две длинные узкие детали, известные как джеты (самый известный пример - гигантская галактика M87 в скоплении Девы ), исходящие непосредственно от ядра и направляющиеся к лепесткам. С 1970-х годов [4] [5] наиболее широко принятая модель заключалась в том, что лепестки или шлейфы питаются лучами высокоэнергетических частиц и магнитным полем, исходящими от активного ядра. Считается, что струи являются видимыми проявлениями лучей, и часто термин струя используется для обозначения как наблюдаемой особенности, так и нижележащего потока.
В 1974 году радиоисточники были разделены Fanaroff и Riley на два класса, теперь известные как Fanaroff и Riley Class I (FRI) и Class II (FRII) . [6] Изначально различие проводилось на основе морфологии крупномасштабного радиоизлучения (тип определялся расстоянием между самыми яркими точками радиоизлучения): источники FRI были самыми яркими по направлению к центру, а источники FRII были самыми яркими. по краям. Фанарофф и Райли заметили, что существует достаточно резкое разделение светимости между двумя классами: FRI имеют низкую светимость, а FRII - высокую светимость. [6] При более подробных радионаблюдениях оказывается, что морфология отражает способ переноса энергии в радиоисточнике. Объекты FRI обычно имеют яркие струи в центре, в то время как FRII имеют слабые струи, но яркие горячие точки на концах долей. Похоже, что FRII способны эффективно транспортировать энергию к концам лепестков, в то время как лучи FRI неэффективны в том смысле, что они излучают значительное количество своей энергии во время движения.
Более подробно, разделение FRI / FRII зависит от среды родительской галактики в том смысле, что переход FRI / FRII появляется при более высоких светимостях в более массивных галактиках. [7] Джеты FRI, как известно, замедляются в областях, в которых их радиоизлучение наиболее яркое, [8], поэтому кажется, что переход FRI / FRII отражает, может ли джет / луч распространяться через родительскую галактику без замедления до субрелятивистские скорости при взаимодействии с межгалактической средой. Из анализа эффектов релятивистского излучения известно, что струи источников FRII остаются релятивистскими (со скоростью не менее 0,5c) до концов лепестков. Горячие точки, которые обычно наблюдаются в источниках FRII, интерпретируются как видимые проявления толчков, образующихся, когда быстрая и, следовательно, сверхзвуковая струя (скорость звука не может превышать c / √3) внезапно прекращается в конце источника, и их спектральное распределение энергии согласуется с этой картиной. [9] Часто наблюдаются множественные горячие точки, отражающие либо продолжающийся отток после удара, либо движение точки прекращения струи: общую область горячей точки иногда называют комплексом горячих точек.
Названия даны нескольким конкретным типам радиоисточников в зависимости от их радиоструктуры:
- Классический двойной относится к источнику FRII с четкими "горячими точками".
- Широкоугольный хвост обычно относится к источнику, промежуточному между стандартной структурой FRI и FRII, с эффективными струями и иногда горячими точками, но с шлейфами, а не лепестками, обнаруженными в центрах скоплений или рядом с ними .
- Узкоугольный хвост или источник « голова-хвост» описывает FRI, который, кажется, изгибается под давлением плунжера, когда он движется через скопление.
- Жирные двойники - это источники с диффузными лепестками, но без струй и горячих точек. Некоторые из таких источников могут быть реликвиями , энергоснабжение которых было временно или постоянно отключено.
Жизненные циклы и динамика
Самые большие радиогалактики имеют лепестки или шлейфы, простирающиеся до мегапарсековых масштабов (больше в случае гигантских радиогалактик [10], таких как 3C236 ), что подразумевает временной масштаб для роста от десятков до сотен миллионов лет. Это означает, что, за исключением случая очень маленьких, очень молодых источников, мы не можем наблюдать динамику радиоисточников напрямую, и поэтому должны прибегать к теории и выводам из большого числа объектов. Ясно, что радиоисточники должны начинаться с малого и увеличиваться. В случае источников с лепестками динамика довольно проста: [4] струи питают лепестки, давление лепестков увеличивается, и лепестки расширяются. Скорость их расширения зависит от плотности и давления внешней среды. Фаза с самым высоким давлением внешней среды и, следовательно, наиболее важная фаза с точки зрения динамики - это диффузный горячий газ, излучающий рентгеновские лучи. Долгое время предполагалось, что мощные источники будут расширяться сверхзвук, проталкивая ударную волну через внешнюю среду. Однако рентгеновские наблюдения показывают, что внутренние лепестковые давления мощных источников FRII часто близки к внешним тепловым давлениям и ненамного превышают внешние давления, которые могут потребоваться для сверхзвукового расширения. [11] Единственная известная однозначно сверхзвуковая расширяющаяся система состоит из внутренних долей маломощной радиогалактики Центавр A, которые, вероятно, являются результатом сравнительно недавней вспышки активного ядра. [12]
Материнские галактики и окружающая среда
Эти источники радиоизлучения почти повсеместно найдены организованы на эллиптических галактиках , хотя есть один хорошо документированное исключение, а именно NGC 4151 . [13] В некоторых сейфертовских галактиках наблюдаются слабые небольшие радиоджеты, но они не обладают достаточной радиосветимостью, чтобы их можно было классифицировать как радиогромкие. Имеющаяся информация о родительских галактиках радиогромких квазаров и блазаров предполагает, что они также находятся в эллиптических галактиках.
Существует несколько возможных причин такого сильного предпочтения эллиптических тренажеров. Один из них заключается в том, что эллиптические модели обычно содержат самые массивные черные дыры и поэтому способны обеспечивать энергией самые яркие активные галактики (см. Светимость Эддингтона ). Другой заключается в том, что эллиптические аппараты обычно обитают в более богатой окружающей среде, обеспечивая крупномасштабную межгалактическую среду, ограничивающую радиоисточник. Возможно также, что большее количество холодного газа в спиральных галактиках каким-то образом нарушает или подавляет формирующуюся струю. На сегодняшний день нет убедительного единственного объяснения наблюдений.
Унифицированные модели
Различные типы радиоактивных активных галактик связаны едиными моделями. Ключевое наблюдение, которое привело к принятию унифицированных моделей мощных радиогалактик и радиогромких квазаров, заключалось в том, что все квазары, кажется, излучаются к нам, показывая сверхсветовое движение в ядрах [14] и яркие струи на стороне ближайшего источника. нам ( эффект Лэйнга-Гаррингтона : [15] [16] ). Если это так, то должна быть группа объектов, которые не направляются в нашу сторону, и, поскольку мы знаем, что на доли не влияет излучение, они будут выглядеть как радиогалактики, при условии, что ядро квазара скрыто, когда источник виден. бок о бок. Сейчас принято считать, что по крайней мере некоторые мощные радиогалактики имеют «скрытые» квазары, хотя неясно, будут ли все такие радиогалактики квазарами, если смотреть под прямым углом. Точно так же маломощные радиогалактики являются вероятным родительским населением для объектов BL Lac .
Использование радиогалактик
Далекие источники
Радиогалактики и радиогромкие квазары широко использовались, особенно в 80-х и 90-х годах, для поиска далеких галактик: путем выбора на основе радиоспектра и последующего наблюдения за родительской галактикой можно было найти объекты с большим красным смещением при умеренных затратах в телескоп. время. Проблема с этим методом заключается в том, что множество активных галактик могут не быть типичными для галактик с их красным смещением. Точно так же радиогалактики в прошлом использовались для поиска далеких скоплений, излучающих рентгеновское излучение, но теперь предпочтение отдается несмещенным методам отбора. Самая далекая из известных в настоящее время радиогалактик - TGSS J1530 + 1049 с красным смещением 5,72. [17]
Стандартные линейки
Была проделана некоторая работа с попытками использовать радиогалактики в качестве стандартных линейок для определения космологических параметров . Этот метод сопряжен с трудностями, поскольку размер радиогалактики зависит как от ее возраста, так и от окружающей среды. Однако при использовании модели радиоисточника методы, основанные на радиогалактиках, могут дать хорошее согласие с другими космологическими наблюдениями. [18]
Воздействие на окружающую среду
Независимо от того, расширяется ли радиоисточник сверхзвуковым путем, он должен действовать против внешней среды при расширении, и поэтому он вкладывает энергию в нагрев и подъем внешней плазмы. Минимальная энергия, запасенная в лепестках мощного радиоисточника, может составлять 10 53 Дж . Нижний предел работы такого источника над внешней средой в несколько раз больше. Значительная часть нынешнего интереса к радиоисточникам сосредоточена на том эффекте, который они должны оказывать в центрах скоплений в настоящее время. [19] Не менее интересным является их вероятное влияние на формирование структуры в течение космологического времени: считается, что они могут обеспечить механизм обратной связи для замедления образования наиболее массивных объектов.
Терминология
Широко используемая терминология сейчас неудобна, поскольку принято считать, что квазары и радиогалактики - это одни и те же объекты (см. Выше ). Аббревиатура DRAGN («Двойной радиоисточник, связанный с галактическим ядром») была придумана. [20], но еще не взлетел. Внегалактический радиоисточник является обычным явлением, но может привести к путанице, поскольку многие другие внегалактические объекты обнаруживаются в радиообзорах, особенно галактики со вспышками звездообразования . Радиогромкая активная галактика однозначна, и поэтому часто используется в этой статье.
Смотрите также
- Релятивистская струя
- Х-образная радиогалактика
- Отношение M – сигма
- Звезда Смерти Галактика
Рекомендации
- ^ КЛАССИФИКАЦИЯ ФАНАРОФФ-РАЙЛИ
- ^ Burbidge, G (1956). «О синхротронном излучении Мессье 87». Астрофизический журнал . 124 : 416. Bibcode : 1956ApJ ... 124..416B . DOI : 10.1086 / 146237 .
- ^ Croston JH; Хардкасл MJ; Harris DE; Belsole E; и другие. (2005). «Рентгеновское исследование напряженности магнитного поля и содержания частиц в радиоисточниках FRII». Астрофизический журнал . 626 (2): 733–47. arXiv : astro-ph / 0503203 . Bibcode : 2005ApJ ... 626..733C . DOI : 10.1086 / 430170 .
- ^ а б Scheuer, PAG (1974). «Модели внегалактических радиоисточников с непрерывным подводом энергии от центрального объекта» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 166 (3): 513–528. Bibcode : 1974MNRAS.166..513S . DOI : 10.1093 / MNRAS / 166.3.513 .
- ^ Blandford RD; Рис MJ (1974). «Модель с двойным выхлопом для двойных радиоисточников» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 169 (3): 395–415. Bibcode : 1974MNRAS.169..395B . DOI : 10.1093 / MNRAS / 169.3.395 .
- ^ а б Fanaroff, Bernard L .; Райли Джулия М. (май 1974 г.). «Морфология внегалактических радиоисточников высокой и низкой светимости» . Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 167 : 31P – 36P. Bibcode : 1974MNRAS.167P..31F . DOI : 10.1093 / MNRAS / 167.1.31p .
- ^ Оуэн Ф.Н.; Ледлоу MJ (1994). "Разрыв FRI / II и двумерная функция светимости в скоплениях галактик Абелла". В GV Bicknell; М.А. Допита; П.Дж. Куинн (ред.). Первый симпозиум Стромло: Физика активных галактик. Серия конференций ASP . 54 . Астрономическое общество серии тихоокеанских конференций. п. 319. ISBN 978-0-937707-73-9.
- ^ Laing RA; Уздечка AH (2002). «Релятивистские модели и поле скорости струи в радиогалактике 3C31». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 336 (1): 328–57. arXiv : astro-ph / 0206215 . Bibcode : 2002MNRAS.336..328L . DOI : 10.1046 / j.1365-8711.2002.05756.x .
- ^ Meisenheimer K; Röser HJ; Hiltner PR; Йейтс MG; и другие. (1989). «Синхротронные спектры горячих точек». Астрономия и астрофизика . 219 : 63–86. Бибкод : 1989A & A ... 219 ... 63M .
- ^ Pratik Dabhade- https://astronomycommunity.nature.com/posts/giant-radio-galaxies-the-cosmic-behemoths
- ^ Хардкасл MJ; Birkinshaw M; Кэмерон Р.А.; Harris DE; и другие. (2003). «Напряженность магнитного поля в горячих точках и лепестках трех мощных радиоисточников FRII». Астрофизический журнал . 581 (2): 948–973. arXiv : astro-ph / 0208204 . Bibcode : 2002ApJ ... 581..948H . DOI : 10.1086 / 344409 .
- ^ Крафт РП; Васкес С; Forman WR; Джонс C; и другие. (2003). «Рентгеновское излучение горячего радиолуза ISM и SW близлежащей радиогалактики Центавр A». Астрофизический журнал . 592 (1): 129–146. arXiv : astro-ph / 0304363 . Bibcode : 2003ApJ ... 592..129K . DOI : 10,1086 / 375533 .
- ^ Ледлоу MJ; Оуэн Ф.Н.; Кил WC (1998). "Необычная радиогалактика в Abell 428: большой, мощный источник FR I в хосте с преобладанием диска". Астрофизический журнал . 495 (1): 227–238. arXiv : astro-ph / 9709213 . Bibcode : 1998ApJ ... 495..227L . DOI : 10.1086 / 305251 .
- ^ Бартел П.Д. (1989). «Каждый квазар излучается?». Астрофизический журнал . 336 : 606. Bibcode : 1989ApJ ... 336..606B . DOI : 10.1086 / 167038 .
- ^ Laing RA (1988). «Односторонность джетов и деполяризация в мощных внегалактических радиоисточниках». Природа . 331 (6152): 149–151. Bibcode : 1988Natur.331..149L . DOI : 10.1038 / 331149a0 .
- ^ Гаррингтон С; Leahy JP; Конвей Р.Г.; Laing RA (1988). «Систематическая асимметрия поляризационных свойств двойных радиоисточников». Природа . 331 (6152): 147–149. Bibcode : 1988Natur.331..147G . DOI : 10.1038 / 331147a0 .
- ^ Saxena A .; Marinello M .; Оверзье Р.А.; Лучший PN; и другие. (2018). «Открытие радиогалактики на z = 5,72». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 480 : 2733. arXiv : 1806.01191 . Bibcode : 2018MNRAS.480.2733S . DOI : 10.1093 / MNRAS / sty1996 .
- ^ Дэли Р.А.; Джорговский С.Г. (2003). «Независимое от модели определение скорости расширения и ускорения Вселенной как функции красного смещения и ограничений темной энергии». Астрофизический журнал . 597 (1): 9–20. arXiv : astro-ph / 0305197 . Bibcode : 2003ApJ ... 597 .... 9D . DOI : 10.1086 / 378230 .
- ^ "Скопление Персея: Чандра" слышит "сверхмассивную черную дыру в Персее" . Проверено 24 августа 2008 .
- ^ Лихи JP (1993). «ДРАГН». In Röser, HJ; Meisenheimer, K (ред.). Джеты во внегалактических радиоисточниках . Springer-Verlag.
Внешние ссылки
- Атлас DRAGNs Коллекция радиоизображений каталога 3CRR радиоактивных активных галактик.
- Радио и оптические изображения радиогалактик и квазаров
- Он-лайн каталог радиоисточников 3CRR