stringtranslate.com

Астрофизический джет

Галактика звездообразования Центавр А с ее плазменными струями, простирающимися более чем на миллион световых лет , считается ближайшей к Земле активной радиогалактикой . Данные в диапазоне 870 микрон субмиллиметрового диапазона от LABOCA на APEX показаны оранжевым цветом. Рентгеновские данные рентгеновской обсерватории Чандра показаны синим цветом . Данные в видимом свете от широкоугольного сканера изображений (WFI) на 2,2-метровом телескопе MPG/ESO, расположенном в Ла-Силья, Чили , показывают фоновые звезды и характерную пылевую полосу галактики в близком к «истинному цвету».

Астрофизическая струя — это астрономическое явление, при котором потоки ионизированной материи испускаются в виде протяженных лучей вдоль оси вращения . [1] Когда эта сильно ускоренная материя в луче приближается к скорости света , астрофизические струи становятся релятивистскими струями, поскольку они демонстрируют эффекты специальной теории относительности .

Формирование и питание астрофизических струй являются весьма сложными явлениями, связанными со многими типами высокоэнергетических астрономических источников . Вероятно, они возникают из-за динамических взаимодействий в аккреционных дисках , активные процессы которых обычно связаны с компактными центральными объектами, такими как черные дыры , нейтронные звезды или пульсары . Одно из объяснений состоит в том, что запутанные магнитные поля организованы так, чтобы направлять два диаметрально противоположных луча от центрального источника на углы всего в несколько градусов (c. > 1%). [2] На струи также может влиять эффект общей теории относительности , известный как увлечение кадра . [3]

Большинство самых больших и самых активных струй создаются сверхмассивными черными дырами (СМЧД) в центре активных галактик, таких как квазары и радиогалактики, или внутри скоплений галактик. [4] Такие струи могут превышать миллионы парсек в длину. [2] Другие астрономические объекты, которые содержат струи, включают катаклизмические переменные звезды , рентгеновские двойные и гамма-всплески (GRB). Струи гораздо меньшего масштаба (~парсек) могут быть обнаружены в областях звездообразования, включая звезды типа Т Тельца и объекты Хербига-Аро ; эти объекты частично образованы взаимодействием струй с межзвездной средой . Биполярные истечения также могут быть связаны с протозвездами , [5] или с эволюционировавшими пост-АВГ звездами, планетарными туманностями и биполярными туманностями .

Релятивистские струи

Эллиптическая галактика M87, испускающая релятивистскую струю, как видно с помощью космического телескопа Хаббл

Релятивистские струи — это пучки ионизированной материи, ускоренные до скорости, близкой к скорости света. Большинство из них наблюдательно связаны с центральными черными дырами некоторых активных галактик , радиогалактик или квазаров , а также галактическими звездными черными дырами , нейтронными звездами или пульсарами . Длина пучка может составлять несколько тысяч [6] , сотен тысяч [7] или миллионов парсек. [2] Скорости струй, приближающиеся к скорости света, демонстрируют значительные эффекты специальной теории относительности ; например, релятивистское излучение , которое изменяет видимую яркость пучка. [8]

Массивные центральные черные дыры в галактиках имеют самые мощные струи, но их структура и поведение похожи на структуру и поведение меньших галактических нейтронных звезд и черных дыр . Эти системы сверхмассивных черных дыр часто называют микроквазарами , и они показывают большой диапазон скоростей. Например, струя SS 433 имеет среднюю скорость 0,26 c . [9] Релятивистское образование струи может также объяснить наблюдаемые гамма-всплески , которые имеют самые релятивистские струи из известных, будучи ультрарелятивистскими . [10]

Механизмы, лежащие в основе состава струй, остаются неопределенными [11], хотя некоторые исследования отдают предпочтение моделям, в которых струи состоят из электрически нейтральной смеси ядер , электронов и позитронов , в то время как другие согласуются со струями, состоящими из позитронно-электронной плазмы. [12] [13] [14] Следовые ядра, захваченные релятивистской позитронно-электронной струей, как ожидается, будут 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, питаются вращающимися черными дырами . Однако частота высокоэнергетических астрофизических источников с струями предполагает комбинации различных механизмов, косвенно идентифицированных с энергией внутри связанного аккреционного диска и рентгеновскими излучениями из генерирующего источника. Для объяснения того, как энергия может передаваться из черной дыры в астрофизическую струю, использовались две ранние теории:

Релятивистские струи от нейтронных звезд

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

Струи также могут наблюдаться из вращающихся нейтронных звезд. Примером является пульсар IGR J11014-6103 , который имеет самую большую струю, когда-либо наблюдавшуюся в Млечном Пути , и скорость которой оценивается в 80% от скорости света (0,8 c ). Были получены рентгеновские наблюдения, но не было обнаружено ни радиосигнала, ни аккреционного диска. [19] [20] Первоначально предполагалось, что этот пульсар быстро вращается, но более поздние измерения показывают, что скорость вращения составляет всего 15,9 Гц. [21] [22] Такая низкая скорость вращения и отсутствие аккреционного материала предполагают, что струя не питается ни вращением, ни аккрецией, хотя она, по-видимому, выровнена с осью вращения пульсара и перпендикулярна его истинному движению.

Другие изображения

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Beall, JH (2015). "Обзор астрофизических струй" (PDF) . Proceedings of Science : 58. Bibcode : 2015mbhe.confE..58B. doi : 10.22323/1.246.0058 . Получено 19 февраля 2017 г.
  2. ^ abc Kundt, W. (2014). "Единообразное описание всех астрофизических струй" (PDF) . Proceedings of Science : 58. Bibcode :2015mbhe.confE..58B. doi : 10.22323/1.246.0058 . Получено 19 февраля 2017 г. .
  3. ^ Миллер-Джонс, Джеймс (апрель 2019 г.). «Быстро меняющаяся ориентация струи в системе черной дыры звездной массы V404 Cygni» (PDF) . Nature . 569 (7756): 374–377. arXiv : 1906.05400 . Bibcode :2019Natur.569..374M. doi :10.1038/s41586-019-1152-0. PMID  31036949. S2CID  139106116.
  4. ^ Beall, J. H (2014). «Обзор астрофизических струй». Acta Polytechnica CTU Proceedings . 1 (1): 259–264. Bibcode : 2014mbhe.conf..259B. doi : 10.14311/APP.2014.01.0259 .
  5. ^ "Star sheds via reverse whirlpool". Astronomy.com . 27 декабря 2007 г. Получено 26 мая 2015 г.
  6. ^ Биретта, Дж. (6 января 1999 г.). «Хаббл обнаруживает сверхсветовое движение в галактике M87».
  7. ^ «Доказательства сверхэнергетических частиц в струе из черной дыры». Йельский университет – Управление по связям с общественностью. 20 июня 2006 г. Архивировано из оригинала 2008-05-13.
  8. ^ Семенов, В.; Дядечкин, С.; Пансли, Б. (2004). «Моделирование струй, приводимых в движение вращением черной дыры». Science . 305 (5686): 978–980. arXiv : astro-ph/0408371 . Bibcode :2004Sci...305..978S. doi :10.1126/science.1100638. PMID  15310894. S2CID  1590734.
  9. ^ Бланделл, Кэтрин (декабрь 2008 г.). «Скорость струи в SS 433: ее антикорреляция с углом конуса прецессии и зависимостью от орбитальной фазы». The Astrophysical Journal . 622 (2): 129. arXiv : astro-ph/0410457 . doi : 10.1086/429663 . Получено 15 января 2021 г. .
  10. ^ Dereli-Bégué, Hüsne; Pe'er, Asaf; Ryde, Felix; Oates, Samantha R.; Zhang, Bing; Dainotti, Maria G. (2022-09-24). "Ветровая среда и факторы Лоренца, равные десяткам, объясняют рентгеновское плато гамма-всплесков". Nature Communications . 13 (1): 5611. arXiv : 2207.11066 . Bibcode :2022NatCo..13.5611D. doi :10.1038/s41467-022-32881-1. ISSN  2041-1723. PMC 9509382 . PMID  36153328. 
  11. ^ Georganopoulos, M.; Kazanas, D.; Perlman, E.; Stecker, FW (2005). «Bulk Comptonization of the Cosmic Microwave Background by Extragalactic Jets as a Probe of Their Matter Content». The Astrophysical Journal . 625 (2): 656–666. arXiv : astro-ph/0502201 . Bibcode :2005ApJ...625..656G. doi :10.1086/429558. S2CID  39743397.
  12. ^ Хиротани, К.; Игучи, С.; Кимура, М.; Ваджима, К. (2000). «Доминирование парной плазмы в релятивистском джете парсекового масштаба 3C 345». The Astrophysical Journal . 545 (1): 100–106. arXiv : astro-ph/0005394 . Bibcode :2000ApJ...545..100H. doi :10.1086/317769. S2CID  17274015.
  13. ^ Электронно-позитронные струи, связанные с квазаром 3C 279
  14. ^ Наайе, Р.; Гутро, Р. (2008-01-09). «Огромное облако антиматерии, прослеживаемое до двойных звезд». NASA .
  15. ^ Блэндфорд, РД; Знаек, РЛ (1977). «Электромагнитное извлечение энергии из черных дыр Керра». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 179 (3): 433. arXiv : astro-ph/0506302 . Bibcode : 1977MNRAS.179..433B. doi : 10.1093/mnras/179.3.433 .
  16. ^ Пенроуз, Р. (1969). «Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности». Rivista del Nuovo Cimento . 1 : 252–276. Bibcode :1969NCimR...1..252P.Перепечатано в: Пенроуз, Р. (2002).«Золотая старина»: Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности. Общая теория относительности и гравитация . 34 (7): 1141–1165. Bibcode : 2002GReGr..34.1141P. doi : 10.1023/A:1016578408204. S2CID  117459073.
  17. ^ Уильямс, РК (1995). «Извлечение рентгеновских лучей, Ύ-лучей и релятивистских пар e − e + из сверхмассивных черных дыр Керра с использованием механизма Пенроуза». Physical Review . 51 (10): 5387–5427. Bibcode :1995PhRvD..51.5387W. doi :10.1103/PhysRevD.51.5387. PMID  10018300.
  18. ^ Уильямс, РК (2004). «Коллимированные выходящие вихревые полярные e−e+джеты, внутренне созданные вращающимися черными дырами и процессами Пенроуза». Астрофизический журнал . 611 (2): 952–963. arXiv : astro-ph/0404135 . Bibcode : 2004ApJ...611..952W. doi : 10.1086/422304. S2CID  1350543.
  19. ^ "Чандра :: Фотоальбом :: IGR J11014-6103 :: 28 июня 2012 г.".
  20. ^ Паван, Л.; и др. (2015). «Более подробный обзор потоков IGR J11014-6103». Астрономия и астрофизика . 591 : A91. arXiv : 1511.01944 . Bibcode : 2016A&A...591A..91P. doi : 10.1051/0004-6361/201527703. S2CID  59522014.
  21. ^ Паван, Л.; и др. (2014). "Длинная спиральная струя туманности Лайтхаус, IGR J11014-6103" (PDF) . Астрономия и астрофизика . 562 (562): A122. arXiv : 1309.6792 . Bibcode :2014A&A...562A.122P. doi :10.1051/0004-6361/201322588. S2CID  118845324.Длинная спиральная струя туманности Маяк, страница 7
  22. ^ Halpern, JP; et al. (2014). "Открытие рентгеновских пульсаций от источника INTEGRAL IGR J11014-6103". The Astrophysical Journal . 795 (2): L27. arXiv : 1410.2332 . Bibcode :2014ApJ...795L..27H. doi :10.1088/2041-8205/795/2/L27. S2CID  118637856.

Внешние ссылки