Blazar - Blazar

Nie należy mylić z Blazer lub Blazor .
Marynarka.
Wrażenie artysty blazar

Blazar jest aktywny rdzeń galaktyczny (AGN) z relatywistycznego strumieniem (strumienia składającego się z jonizacji względu porusza się prawie z prędkością światła ) skierowanej niemal w kierunku obserwatora. Relatywistyczna rozpromieniony z promieniowaniem elektromagnetycznym z dyszy sprawia blazary pojawiają się znacznie jaśniejsze niż byłyby gdyby jet były skierowane w kierunku od Ziemi. Blazary są potężnymi źródłami emisji w całym spektrum elektromagnetycznym i są obserwowane jako źródła wysokoenergetycznych fotonów promieniowania gamma . Blazary to bardzo zmienne źródła, często podlegające szybkim i dramatycznym wahaniom jasności w krótkich skalach czasowych (od godzin do dni). Niektóre dżety blazarów wykazują pozorny ruch ponadświetlny , kolejną konsekwencję przemieszczania się materii w dżecie w kierunku obserwatora z prędkością bliską prędkości światła.

Kategoria blazarów obejmuje obiekty BL Lac i kwazary zmienne optycznie gwałtownie (OVV) . Ogólnie przyjęta teoria jest taka, że obiekty są wewnętrznie BL Lac małej mocy galaktyki radiowe natomiast kwazary OVV są nierozerwalnie potężne radiowo głośne kwazary . Nazwa „blazar” została ukuta w 1978 roku przez astronoma Edwarda Spiegla, aby określić kombinację tych dwóch klas.

Na zdjęciach w zakresie widzialnym większość blazarów wydaje się zwarta i punktowa, ale obrazy o wysokiej rozdzielczości pokazują, że znajdują się one w centrach galaktyk eliptycznych .

Blazary są ważnymi tematami badań w astronomii i astrofizyce wysokich energii . Badania Blazara obejmują badanie właściwości dysków akrecyjnych i dżetów , centralnych supermasywnych czarnych dziur i otaczających je galaktyk , a także emisję wysokoenergetycznych fotonów , promieni kosmicznych i neutrin .

W lipcu 2018 r. zespół IceCube Neutrino Observatory wyśledził neutrino, które we wrześniu 2017 r. uderzyło w jego detektor na Antarktydzie do miejsca jego pochodzenia w blazarie oddalonym o 3,7 miliarda lat świetlnych. Po raz pierwszy użyto detektora neutrin do zlokalizowania obiektu w przestrzeni.

Struktura

Zdjęcie z przeglądu Sloan Digital Sky Survey blazara Markarian 421 , ilustrujące jasne jądro i eliptyczną galaktykę macierzystą

Uważa się, że blazary, podobnie jak wszystkie aktywne jądra galaktyczne (AGN), są ostatecznie zasilane materią spadającą na supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki macierzystej. Gaz, pył i od czasu do czasu gwiazda są przechwytywane i spiralnie do tej centralnej czarnej dziury, tworząc gorący dysk akrecyjny, który generuje ogromne ilości energii w postaci fotonów , elektronów , pozytonów i innych cząstek elementarnych . Region ten jest stosunkowo mały, ma około 10-3 parseków .

Istnieje również większy nieprzezroczysty toroid rozciągający się na kilka parseków od czarnej dziury, zawierający gorący gaz z osadzonymi obszarami o większej gęstości. Te „chmury” mogą pochłaniać i ponownie emitować energię z regionów bliższych czarnej dziurze. Na Ziemi chmury są wykrywane jako linie emisyjne w widmie blazara .

Prostopadle do dysku akrecyjnego para relatywistycznych dżetów przenosi wysokoenergetyczną plazmę z dala od AGN. Dżet jest kolimowany przez połączenie intensywnych pól magnetycznych i silnych wiatrów z dysku akrecyjnego i toroidu. Wewnątrz dżetu fotony i cząstki o wysokiej energii oddziałują ze sobą oraz z silnym polem magnetycznym. Te relatywistyczne dżety mogą rozciągać się nawet na kilkadziesiąt kiloparseków od centralnej czarnej dziury.

Wszystkie te regiony mogą wytwarzać różnorodną obserwowaną energię, głównie w postaci widma nietermicznego, od radia o bardzo niskiej częstotliwości do niezwykle energetycznego promieniowania gamma, o wysokiej polaryzacji (zwykle kilku procent) na niektórych częstotliwościach. Widmo nietermiczne składa się z promieniowania synchrotronowego w zakresie radio-rentgen oraz odwróconej emisji Comptona w zakresie promieniowania rentgenowskiego do gamma. Szczytowe widmo termiczne w obszarze ultrafioletowym i słabe optyczne linie emisyjne są również obecne w kwazarach OVV, ale słabe lub nieistniejące w obiektach BL Lac.

Promieniowanie relatywistyczne

Obserwowana emisja z blazara jest znacznie wzmocniona przez relatywistyczne efekty w dżecie, proces zwany promieniowaniem relatywistycznym . Ogólna prędkość plazmy, z której składa się dżet, może mieścić się w zakresie 95%-99% prędkości światła, chociaż poszczególne cząstki poruszają się z większymi prędkościami w różnych kierunkach.

Zależność między jasnością emitowaną w spoczynkowej klatce dżetu a jasnością obserwowaną z Ziemi zależy od charakterystyki dżetu. Obejmują one to, czy jasność pochodzi od frontu uderzeniowego, czy serii jaśniejszych bąbelków w dżecie, a także szczegóły pól magnetycznych w dżecie i ich interakcji z poruszającymi się cząsteczkami.

Prosty model rozpromieniony ilustruje podstawowe działanie relatywistyczne łączące jaskrawości ramy oporowej strumienia, S, E i jasność zaobserwować na Ziemi, S O : S o jest proporcjonalne do S e  x  D 2 , w którym D oznacza Dopplera współczynnik .

Gdy rozważymy je bardziej szczegółowo, mamy do czynienia z trzema efektami relatywistycznymi:

  • Aberracja relatywistyczna przyczynia się do współczynnika D 2 . Aberracja jest konsekwencją szczególnej teorii względności, w której kierunki, które wydają się izotropowe w układzie spoczynkowym (w tym przypadku dżecie), wydają się być przesunięte w kierunku ruchu w układzie obserwatora (w tym przypadku Ziemi).
  • Dylatacja czasu przyczynia się do współczynnika D +1 . Efekt ten przyspiesza pozorne uwalnianie energii. Jeśli dżet emituje impuls energii co minutę w swojej własnej ramce spoczynkowej, to uwalnianie będzie obserwowane na Ziemi o wiele częściej, być może co dziesięć sekund.
  • Okienkowanie może przyczynić się do współczynnika D- 1, a następnie działa w celu zmniejszenia wzmocnienia. Dzieje się tak w przypadku stałego przepływu, ponieważ w obserwowanym oknie jest wtedy D mniej pierwiastków płynu, ponieważ każdy pierwiastek został rozszerzony o współczynnik D . Jednak w przypadku swobodnie rozprzestrzeniającej się plamki materiału promieniowanie jest wzmacniane o pełne D +3 .

Przykład

Rozważmy odrzutowiec o kącie do linii widzenia θ = 5° i prędkości 99,9% prędkości światła. Jasność obserwowana z Ziemi jest 70 razy większa niż jasność emitowana. Jeśli jednak θ ma minimalną wartość 0°, dżet będzie wydawał się 600 razy jaśniejszy od Ziemi.

Promieniowanie?

Promieniowanie relatywistyczne ma również inną krytyczną konsekwencję. Dżet, który nie zbliża się do Ziemi, będzie wydawał się ciemniejszy z powodu tych samych efektów relatywistycznych. Dlatego dwa wewnętrznie identyczne dżety będą wyglądały na znacząco asymetryczne. W podanym powyżej przykładzie każdy dżet, w którym θ > 35° będzie obserwowany na Ziemi jako mniej jasny niż byłby z pozostałej ramy dżetu.

Kolejną konsekwencją jest to, że populacja wewnętrznie identycznych AGN rozproszonych w przestrzeni z losowymi orientacjami dżetów będzie wyglądać jak bardzo niejednorodna populacja na Ziemi. Nieliczne obiekty, w których θ jest małe, będą miały jeden bardzo jasny dżet, podczas gdy reszta będzie miała wyraźnie słabsze dżety. Te, w których θ zmienia się od 90°, wydają się mieć asymetryczne dżety.

To jest istota związku między blazarami a radiogalaktykami. AGN, w którym dżety są zorientowane blisko linii widzenia Ziemi, mogą wydawać się skrajnie różne od innych AGN, nawet jeśli są wewnętrznie identyczne.

Odkrycie

Wiele jaśniejszych blazarów zostało po raz pierwszy zidentyfikowanych nie jako potężne odległe galaktyki, ale jako nieregularne gwiazdy zmienne w naszej własnej galaktyce. Te blazary, jak prawdziwe nieregularne gwiazdy zmienne, zmieniały swoją jasność w okresach dni lub lat, ale bez żadnego wzoru.

Wczesny rozwój radioastronomii pokazał, że na niebie jest wiele jasnych źródeł radiowych. Pod koniec 1950 roku, uchwała z radioteleskopów była wystarczająca do określenia konkretnych źródeł radiowych z odpowiednikami optycznych, prowadząc do odkrycia kwazarów . Blazary były silnie reprezentowane wśród tych wczesnych kwazarów, a pierwsze przesunięcie ku czerwieni znaleziono dla 3C 273 , bardzo zmiennego kwazara, który jest również blazarem.

W 1968 r. dokonano podobnego połączenia między „gwiazdą zmienną” BL Lacertae a potężnym źródłem radiowym VRO 42.22.01. BL Lacertae wykazuje wiele cech charakterystycznych dla kwazarów, ale widmo optyczne zostało pozbawione linii widmowych używanych do określenia przesunięcia ku czerwieni. Słabe oznaki leżącej u podstaw galaktyki – dowód na to, że BL Lacertae nie była gwiazdą – zostały znalezione w 1974 roku.

Pozagalaktyczny charakter BL Lacertae nie był zaskoczeniem. W 1972 roku kilka zmiennych źródeł optycznych i radiowych zostało zgrupowanych razem i zaproponowanych jako nowa klasa galaktyk: obiekty typu BL Lacertae . Terminologia ta została wkrótce skrócona do "obiektu BL Lacertae", "przedmiotu BL Lac" lub po prostu "BL Lac". (Ten ostatni termin może również oznaczać oryginalnego indywidualnego blazara, a nie całą klasę).

Do 2003 roku znanych było kilkaset obiektów BL Lac. Jeden z najbliższych blazarów znajduje się 2,5 miliarda lat świetlnych od nas.

Aktualny widok

Uważa się, że blazary są aktywnymi jądrami galaktycznymi , z relatywistycznymi dżetami zorientowanymi blisko linii widzenia obserwatora.

Specjalna orientacja dżetów wyjaśnia ogólne osobliwe cechy: wysoką obserwowaną jasność, bardzo szybką zmienność, wysoką polaryzację (w porównaniu z kwazarami nieblazarowymi) i widoczne ruchy nadświetlne wykryte wzdłuż kilku pierwszych parseków dżetów w większości blazarów.

Zunifikowany schemat lub zunifikowany model stał się ogólnie przyjęty, gdzie wysoce zmienne kwazary są powiązane z samoistnie potężnymi radiowymi galaktykami, a obiekty BL Lac są związane z samoistnie słabymi radiowymi galaktykami. Rozróżnienie między tymi dwiema połączonymi populacjami wyjaśnia różnicę we właściwościach linii emisyjnych w blazarach.

Inne wyjaśnienia dla podejścia relatywistycznego dżetu/ujednoliconego schematu, które zostały zaproponowane, obejmują mikrosoczewkowanie grawitacyjne i koherentną emisję z relatywistycznego dżetu. Żadne z nich nie wyjaśnia ogólnych właściwości blazarów. Na przykład mikrosoczewkowanie jest achromatyczne. Oznacza to, że wszystkie części widma wznoszą się i opadają razem. Nie obserwuje się tego w blazarach. Jednak jest możliwe, że te procesy, jak również bardziej złożona fizyka plazmy, mogą wyjaśniać określone obserwacje lub pewne szczegóły.

Przykłady blazarów obejmują 3C 454.3 , 3C 273 , BL Lacertae , PKS 2155-304 , Markarian 421 , Markarian 501 i S5 0014+81 . Markarian 501 i S5 0014+81 są również nazywane „blazarami TeV” ze względu na ich wysokoenergetyczną (zakres teraelektronowoltów) emisję promieniowania gamma. S5 0014+81 jest również godna uwagi ze względu na najbardziej masywną czarną dziurę, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, o masie 40 miliardów mas Słońca.

W lipcu 2018 r. blazar o nazwie TXS 0506+056 został zidentyfikowany jako źródło wysokoenergetycznych neutrin w ramach projektu IceCube .

Zobacz też

Uwagi

Zewnętrzne linki