Астрофизический джет - Astrophysical jet

An астрофизический джет является астрономический явление, когда отток ионизированный материя излучается в виде расширенного луча вдоль ось вращения.[1] Когда это сильно ускоренное вещество в пучке приближается к скорость света, астрофизические джеты становятся релятивистские струи поскольку они показывают эффекты от специальная теория относительности.[2]

Формирование и приведение в действие астрофизических джетов - очень сложные явления, связанные со многими типами высокоэнергетических астрономических источников. Вероятно, они возникают в результате динамического взаимодействия внутри аккреционные диски, активные процессы которого обычно связаны с компактными центральными объектами, такими как черные дыры, нейтронные звезды или же пульсары. Одно из объяснений состоит в том, что запутанный магнитные поля[2] организованы таким образом, чтобы направить два диаметрально противоположных луча от центрального источника под углами шириной всего несколько градусов (c.> 1%).[3] На форсунки также может влиять общая теория относительности эффект, известный как перетаскивание кадра.[4]

Большинство самых крупных и активных реактивных самолетов создаются сверхмассивные черные дыры (SMBH) в центре активные галактики Такие как квазары и радиогалактики или внутри скоплений галактик.[5] Такие струи могут превышать миллионы парсек 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 Т Тельца и Объекты Хербига – Аро, которые вызваны взаимодействием струй с межзвездная среда. Биполярные оттоки или струи также могут быть связаны с протозвезды,[6] или с развитой пост-AGB звезды планетарные туманности и биполярные туманности.

Релятивистские джеты

Релятивистский джет. Окружающая среда вокруг AGN где релятивистский плазма коллимируется в струи, которые выходят вдоль полюса (полюсов) огромная черная дыра.

Релятивистские струи - это пучки ионизированной материи, ускоряющиеся со скоростью, близкой к скорости света. Большинство из них были связаны с центральными черными дырами некоторых активные галактики, радиогалактики или же квазары, а также галактическими звездные черные дыры, нейтронные звезды или же пульсары. Длина луча может составлять несколько тысяч,[7] сотни тысяч[8] или миллионы парсеков.[3] Скорости струи, приближающиеся к скорости света, показывают значительное влияние специальная теория относительности; Например, релятивистское излучение что изменяет видимую яркость луча.[9]

Эллиптическая галактика M87 испускает релятивистскую струю, как это видно на Космический телескоп Хаббла

Массивные центральные черные дыры в галактиках имеют самые мощные струи, но их структура и поведение аналогичны структурам и поведению более мелких галактик. нейтронные звезды и черные дыры. Эти системы SMBH часто называют микроквазары и показывают большой диапазон скоростей. SS433 струя, например, имеет скорость 0,23c.[нужна цитата ] Формирование релятивистской струи также может объяснить наблюдаемое гамма-всплески.

Механизмы, лежащие в основе состава струй, остаются неясными,[10] хотя некоторые исследования отдают предпочтение моделям, в которых струи состоят из электрически нейтральной смеси ядра, электроны, и позитроны, а другие согласуются со струями, состоящими из позитрон-электронной плазмы.[11][12][13] Ядра-следы, увлекаемые 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

Из-за огромного количества энергии, необходимого для запуска релятивистской струи, некоторые струи, возможно, работают от вращения. черные дыры. Однако частота появления высокоэнергетических астрофизических источников со струями предполагает сочетание 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.[14] 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.[15] Здесь энергия извлекается из вращающейся черной дыры посредством перетаскивание кадра, которая позже была теоретически доказана способностью извлекать энергию и импульс релятивистских частиц,[16] и впоследствии показано, что это возможный механизм образования струи.[17] Этот эффект также можно объяснить с точки зрения Гравитоэлектромагнетизм.

Релятивистские струи нейтронных звезд

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

Джеты также можно наблюдать от вращающихся нейтронных звезд. Пример - пульсар IGR J11014-6103, который имеет самую большую струю, наблюдаемую до сих пор в Млечный Путь Галактика, скорость которой оценивается в 80% от скорости света (0,8c). Были получены рентгеновские наблюдения, но не было обнаружено радио-сигнатуры и аккреционного диска.[18][19] Первоначально предполагалось, что этот пульсар быстро вращается, но более поздние измерения показали, что скорость вращения составляет всего 15,9 Гц.[20][21] 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

  • Центавр А в рентгеновских лучах, показывающих релятивистскую струю

  • Самолет M87 замечен Очень большой массив в радиочастота (поле обзора больше и повернуто по сравнению с изображением выше.)

  • Архив наследия ХабблаУФ изображение релятивистской струи в 3C 66B

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

  • Некоторые из самолетов в ЧЧ 24–26, который содержит самую высокую концентрацию джетов из всех известных в небе

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Билл, Дж. Х. (2015). «Обзор астрофизических джетов» (PDF). Труды науки: 58. Bibcode:2015mbhe.confE..58B. Получено 19 февраля 2017.
  2. ^ а б Морабито, Линда А .; Мейер, Дэвид (2012). «Джеты и аккреционные диски в астрофизике - краткий обзор». arXiv:1211.0701 [Physics.gen-ph ].
  3. ^ а б c Вольфганг, К. (2014). «Единообразное описание всех астрофизических джетов» (PDF). Труды науки: 58. Bibcode:2015mbhe.confE..58B. Получено 19 февраля 2017.
  4. ^ Миллер-Джонс, Джеймс (апрель 2019 г.). «Быстро меняющаяся ориентация джета в системе черных дыр звездной массы V404 Cygni» (PDF). Природа. 569 (7756): 374–377. arXiv:1906.05400. Bibcode:2019Натура.569..374M. Дои:10.1038 / s41586-019-1152-0. PMID  31036949. S2CID  139106116.
  5. ^ Билл, Дж. Х (2014). «Обзор астрофизических джетов». Acta Polytechnica CTU Proceedings. 1 (1): 259–264. Bibcode:2014mbhe.conf..259B. Дои:10.14311 / APP.2014.01.0259.
  6. ^ "Звездные навесы через обратный водоворот". Astronomy.com. 27 декабря 2007 г.. Получено 26 мая 2015.
  7. ^ Биретта, Дж. (6 января 1999 г.). "Хаббл обнаружил движение в галактике M87 быстрее скорости света".
  8. ^ "Доказательства сверхэнергетических частиц в струе из черной дыры". Йельский университет - Управление по связям с общественностью. 20 июня 2006 г. Архивировано с оригинал 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:2004Наука ... 305..978С. Дои:10.1126 / science.1100638. PMID  15310894. S2CID  1590734.
  10. ^ Georganopoulos, M .; Казанас, Д .; Perlman, E .; Стекер, Ф. В. (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. Дои:10.1086/429558. S2CID  39743397.
  11. ^ 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. Дои:10.1086/317769. S2CID  17274015.
  12. ^ Электрон-позитронные струи, связанные с квазаром 3C 279
  13. ^ Naeye, R .; Гутро, Р. (9 января 2008 г.). «Облако антиматерии, прослеженное до двойных звезд». НАСА.
  14. ^ Blandford, R.D .; Знайек, Р. Л. (1977). «Электромагнитное извлечение энергии из черных дыр Керра». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 179 (3): 433. arXiv:Astro-ph / 0506302. Bibcode:1977МНРАС.179..433Б. Дои:10.1093 / mnras / 179.3.433.
  15. ^ Пенроуз, Р. (1969). «Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности». Ривиста-дель-Нуово-Чименто. 1: 252–276. Bibcode:1969NCimR ... 1..252P. Печатается на: Пенроуз, Р. (2002). ""Золотой Олди ": Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности". Общая теория относительности и гравитации. 34 (7): 1141–1165. Bibcode:2002GReGr..34.1141P. Дои:10.1023 / А: 1016578408204. S2CID  117459073.
  16. ^ Уильямс, Р. К. (1995). «Извлечение рентгеновских лучей, Ύ-лучей и релятивистских e−е+ пары из сверхмассивных черных дыр Керра с использованием механизма Пенроуза ». Физический обзор. 51 (10): 5387–5427. Bibcode:1995ПхРвД..51.5387Вт. Дои:10.1103 / PhysRevD.51.5387. PMID  10018300.
  17. ^ Уильямс, Р. К. (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..952Вт. Дои:10.1086/422304. S2CID  1350543.
  18. ^ "Чандра :: Фотоальбом :: IGR J11014-6103 :: 28 июня 2012 г.".
  19. ^ Паван, Л .; и другие. (2015). «Пристальный взгляд на оттоки ИГР J11014-6103». Астрономия и астрофизика. 591: A91. arXiv:1511.01944. Bibcode:2016A&A ... 591A..91P. Дои:10.1051/0004-6361/201527703. S2CID  59522014.
  20. ^ Паван, Л .; и другие. (2014). "Длинная винтовая струя туманности Маяк, IGR J11014-6103" (PDF). Астрономия и астрофизика. 562 (562): A122. arXiv:1309.6792. Bibcode:2014A & A ... 562A.122P. Дои:10.1051/0004-6361/201322588. S2CID  118845324. Длинная спиральная струя туманности Маяк стр.7
  21. ^ Halpern, J. P .; и другие. (2014). «Открытие рентгеновских пульсаций от ИНТЕГРАЛЬНОГО источника ИГР J11014-6103». Астрофизический журнал. 795 (2): L27. arXiv:1410.2332. Bibcode:2014ApJ ... 795L..27H. Дои:10.1088 / 2041-8205 / 795/2 / L27. S2CID  118637856.

внешняя ссылка