Blazar - Blazar

Не путать с Блейзер или же Blazor.
Блазар.
Художественное впечатление от блазара

А блазар является активное ядро ​​галактики (AGN) с релятивистская струя (самолет, состоящий из ионизированное вещество путешествуя почти скорость света ) направлен очень близко к наблюдателю. Релятивистское сияние из электромагнитное излучение от струи делает блазары намного ярче, чем они были бы, если бы струя была направлена ​​в сторону от Земли.[1] Блазары - мощные источники излучения по всему миру. электромагнитный спектр и считаются источниками высокоэнергетических гамма-луч фотоны. Блазары - очень изменчивые источники, часто претерпевают быстрые и резкие колебания яркости в короткие сроки (от часов до дней). Некоторые самолеты Blazar демонстрируют очевидное сверхсветовое движение, еще одно следствие того, что вещество в струе движется к наблюдателю со скоростью, близкой к скорости света.

В категорию блазаров входят BL Lac объекты и квазары с оптически сильной переменной (OVV). Общепринятая теория состоит в том, что объекты BL Lac по своей сути маломощны. радиогалактики в то время как квазары OVV по своей сути мощные радиогромкие квазары. Название «блазар» было придумано в 1978 году астрономом. Эдвард Шпигель для обозначения комбинации этих двух классов.

На изображениях в видимой части спектра большинство блазаров кажутся компактными и точечными, но изображения с высоким разрешением показывают, что они расположены в центре эллиптические галактики.[2]

Блазары - важные темы исследований в астрономия и астрофизика высоких энергий. Исследование Blazar включает изучение свойств аккреционные диски и струи, Центральный сверхмассивные черные дыры и окружающий хозяин галактики, и излучение высокоэнергетических фотоны, космические лучи, и нейтрино.

В июле 2018 г. Нейтринная обсерватория IceCube команда отследила нейтрино, попавшее в Антарктида детектор на базе детектора в сентябре 2017 года до его точки происхождения в блазаре 3,7 миллиарда световых лет прочь. Это был первый раз, когда детектор нейтрино использовался для определения местоположения объекта в космосе.[3][4][5]

Структура

Sloan Digital Sky Survey образ блазара Маркарян 421, иллюстрирующий 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 огромная черная дыра в центре родительской галактики. Газ, пыль и случайные звезды захватываются и движутся по спирали в эту центральную черную дыру, создавая горячую аккреционный диск который генерирует огромное количество энергии в виде фотоны, электроны, позитроны и другие элементарные частицы. Этот регион относительно небольшой, примерно 10−3 парсек по размеру.

Также имеется более крупный непрозрачный тороид простирающаяся на несколько парсеков от черной дыры, содержащая 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 блазаре спектр.

Перпендикулярно аккреционному диску пара релятивистские струи несет очень энергичный плазма вдали от АЯГ. Самолет коллимированный сочетанием 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 струи могут простираться на многие десятки килопарсек из 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 высоким поляризация (обычно несколько процентов) на некоторых частотах. Нетепловой спектр состоит из синхротронное излучение от радио до рентгеновского диапазона, и обратная комптоновская эмиссия 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 у объектов BL Lac.

Релятивистское сияние

Наблюдаемое излучение блазара значительно усиливается за счет релятивистские эффекты в струе процесс, называемый релятивистское излучение. 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 подробности магнитных полей внутри струи и их взаимодействия с движущимися частицами.

Простая модель сияющий иллюстрирует основные релятивистские эффекты, связывающие светимость в системе покоя джета, Sе, и светимость, наблюдаемая на Земле, Sо: Sо пропорционально Sе × D2, куда D - это в фактор Доплера.

При более подробном рассмотрении задействованы три релятивистских эффекта:

  • Релятивистская аберрация вносит свой вклад в D2. Аберрация является следствием специальной теории относительности, где 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 способствует D+1. Этот эффект ускоряет кажущееся высвобождение энергии. Если бы струя испускала всплеск энергии каждую минуту в своей собственной системе покоя, этот выброс на Земле наблюдался бы гораздо чаще, возможно, каждые десять секунд.
  • Окно может способствовать D−1 а затем работает, чтобы уменьшить усиление. Это происходит при постоянном потоке, потому что тогда D меньше элементов жидкости в наблюдаемом окне, поскольку каждый элемент был расширен в раз D. Однако для свободно распространяющейся капли материала излучение усиливается за счет полной D+3.

Пример

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

Сияя прочь

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 примере, приведенном выше, любая струя с θ> 35 ° будет наблюдаться на Земле как менее яркая, 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

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

Раннее развитие радиоастрономия показал, что на небе много ярких радиоисточников. К концу 1950-х гг. разрешающая способность из радиотелескопы было достаточно для идентификации конкретных радиоисточников с оптическими аналогами, что привело к открытию квазары. Блазары были широко представлены среди этих ранних квазаров, и первое красное смещение было обнаружено для 3C 273, очень изменчивый квазар, который также является блазаром.

В 1968 году аналогичная связь была установлена ​​между «переменной звездой». BL Lacertae и мощный радиоисточник ВРО 42.22.01.[6] BL Lacertae демонстрирует многие характеристики квазаров, но оптические спектр был лишен спектральных линий, используемых 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 годбыло известно несколько сотен объектов BL Lac. Один из ближайших блазаров находится на расстоянии 2,5 миллиарда световых лет от нас.[7][8]

Текущий вид

Блазары считаются активные галактические ядра, с релятивистскими струями, ориентированными близко к лучу зрения наблюдателя.

Специальная ориентация джета объясняет общие особенности: высокая наблюдаемая светимость, очень быстрое изменение, высокая поляризация (по сравнению с неблазарными квазарами) и видимая светимость. сверхсветовые движения обнаруживается вдоль первых нескольких парсеков струй 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.[9] Различие между этими двумя связанными популяциями объясняет разницу в свойствах эмиссионных линий у блазаров.[10]

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 включают 3C 454,3, 3C 273, BL Lacertae, ПКС 2155-304, Маркарян 421, Маркарян 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 наблюдаемой, с массой 40 миллиардов Солнца.

В июле 2018 года блазар позвонил TXS 0506 + 056[11] был идентифицирован как источник нейтрино высоких энергий Кубик льда проект.[4][5][12]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Urry, C.M .; Падовани, П. (1995). "Единые схемы для радиоактивных активных ядер галактик". Публикации Тихоокеанского астрономического общества. 107: 803. arXiv:Astro-ph / 9506063. Bibcode:1995PASP..107..803U. Дои:10.1086/133630. S2CID  17198955.
  2. ^ Urry, C.M .; Scarpa, R .; О'Дауд, М .; Falomo, R .; Pesce, J.E .; 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. Дои:10.1086/308616. S2CID  17721022.
  3. ^ Прощай, Деннис (12 июля 2018 г.). "Он пришел из черной дыры и приземлился в Антарктиде - впервые астрономы проследили космические нейтрино в огнедышащем сердце сверхмассивного блазара". Нью-Йорк Таймс. Получено 13 июля 2018.
  4. ^ а б «Нейтрино, обрушившееся на Антарктиду, прослеживается до галактики в 3,7 миллиарда световых лет от нас». Хранитель. 12 июля 2018 г.. Получено 12 июля 2018.
  5. ^ а б «Обнаружен источник космической« призрачной »частицы». BBC. 12 июля 2018 г.. Получено 12 июля 2018.[постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ Шмитт Дж. Л. (1968): «BL Lac идентифицирован как радиоисточник», Природа 218, 663
  7. ^ "Некоторые причудливые черные дыры ставят световые шоу". NPR.org. Получено 2020-07-12.
  8. ^ Учияма, Ясунобу; Урри, К. Меган; Cheung, C.C .; 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. Дои:10.1086/505964. ISSN  0004-637X.
  9. ^ "Black Hole 'Batteries' Keep Blazars Going and Going". Получено 2015-05-31.
  10. ^ Ajello, M .; Romani, R.W .; Gasparrini, D .; Shaw, M. S .; Bolmer, J .; Коттер, G .; Finke, J .; Greiner, J .; Хили, С. Э. (01.01.2014). "Космическая эволюция объектов Fermi BL Lacertae". Астрофизический журнал. 780 (1): 73. arXiv:1310.0006. Bibcode:2014ApJ ... 780 ... 73A. Дои:10.1088 / 0004-637X / 780/1/73. ISSN  0004-637X. S2CID  8733720.
  11. ^ «Результат запроса SIMBAD». simbad.u-strasbg.fr. Получено 2018-07-13.
  12. ^ «IceCube Neutrinos указывает на долгожданный ускоритель космических лучей». icecube.wisc.edu. Получено 2018-07-13.

внешняя ссылка