stringtranslate.com

Астрофизический джет

Вспыхнувшая галактика Центавр А с ее плазменными струями протяженностью более миллиона световых лет считается ближайшей к Земле активной радиогалактикой . Субмиллиметровые данные 870 микрон от LABOCA на APEX показаны оранжевым цветом. Рентгеновские данные рентгеновской обсерватории Чандра показаны синим цветом . Данные видимого света , полученные с помощью Wide Field Imager (WFI) на 2,2-метровом телескопе MPG/ESO, расположенном в Ла Силья, Чили , показывают звезды на заднем плане и характерную полосу пыли галактики в близком к «истинному цвету».

Астрофизическая струя — астрономическое явление, при котором потоки ионизированного вещества испускаются в виде протяженных лучей вдоль оси вращения . [1] Когда эта сильно ускоренная материя в луче приближается к скорости света , астрофизические джеты становятся релятивистскими , поскольку в них проявляются эффекты специальной теории относительности .

Формирование и питание астрофизических джетов — это очень сложные явления, связанные со многими типами астрономических источников высоких энергий. Вероятно, они возникают в результате динамических взаимодействий внутри аккреционных дисков , 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 таким образом, чтобы направлять два диаметрально противоположных луча от центрального источника на углы шириной всего несколько градусов (c. > 1%). [2] На струи также может влиять эффект общей теории относительности, известный как перетаскивание кадров . [3]

Большинство самых крупных и активных джетов создаются сверхмассивными черными дырами (СМЧД) в центрах активных галактик, таких как квазары и радиогалактики , или внутри скоплений галактик. [4] Длина таких джетов может превышать миллионы парсеков . [2] Другие астрономические объекты, содержащие джеты, включают катаклизмические переменные звезды , рентгеновские двойные системы и гамма-всплески (GRB). Джеты гораздо меньшего масштаба (около парсеков) можно обнаружить в областях звездообразования, включая звезды Т Тельца и объекты Хербига – Аро ; эти объекты частично образуются в результате взаимодействия джетов с межзвездной средой . Биполярные истечения также могут быть связаны с протозвездами [ 5] или с эволюционировавшими пост-AGB- звездами, планетарными туманностями и биполярными туманностями .

Релятивистские джеты

Эллиптическая галактика M87, испускающая релятивистскую струю, снимок космического телескопа Хаббла.

Релятивистские джеты — это пучки ионизированного вещества, ускоряющиеся до скорости света. Большинство из них наблюдательно связано с центральными черными дырами некоторых активных галактик , радиогалактик или квазаров , а также с галактическими звездными черными дырами , нейтронными звездами или пульсарами . Длина луча может составлять несколько тысяч, [6] сотен тысяч [7] или миллионов парсеков. [2] Скорости струй при приближении к скорости света демонстрируют значительные эффекты специальной теории относительности ; например, релятивистское излучение , которое меняет видимую яркость луча. [8]

Массивные центральные черные дыры в галактиках имеют самые мощные джеты, но их структура и поведение аналогичны структурам и поведению меньших галактических нейтронных звезд и черных дыр . Эти системы СМЧД часто называют микроквазарами и демонстрируют широкий диапазон скоростей. Например, струя SS 433 имеет среднюю скорость 0,26 c . [9] Формирование релятивистских джетов может также объяснить наблюдаемые гамма-всплески , наиболее релятивистские из которых известны как ультрарелятивистские джеты . [10]

Механизмы формирования струй остаются неясными, [11] хотя некоторые исследования отдают предпочтение моделям, в которых струи состоят из электрически нейтральной смеси ядер , электронов и позитронов , тогда как другие согласуются с струями, состоящими из позитронно-электронной плазмы. [12] [13] [14] Следовые ядра, унесенные релятивистской позитронно-электронной струей, должны были бы иметь чрезвычайно высокую энергию, поскольку эти более тяжелые ядра должны достигать скорости, равной скорости позитронов и электронов.

Вращение как возможный источник энергии

Из-за огромного количества энергии, необходимой для запуска релятивистского джета, некоторые джеты, возможно, питаются вращающимися черными дырами . Однако частота астрофизических источников высоких энергий с джетами предполагает сочетание различных механизмов, косвенно отождествляемых с энергией внутри соответствующего аккреционного диска и рентгеновским излучением генерирующего источника. Две ранние теории использовались для объяснения того, как энергия может передаваться из черной дыры в астрофизическую струю:

Релятивистские струи нейтронных звезд

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

Джеты также можно наблюдать на вращающихся нейтронных звездах. Примером может служить пульсар IGR J11014-6103 , который имеет самую большую джет, наблюдавшуюся до сих пор в Млечном Пути , и скорость которого оценивается в 80% скорости света (0,8 с ). Были получены рентгеновские наблюдения, но ни радиосигнатуры, ни аккреционного диска не обнаружено. [19] [20] Первоначально предполагалось, что этот пульсар быстро вращается, но более поздние измерения показали, что скорость вращения составляет всего 15,9 Гц. [21] [22] Такая низкая скорость вращения и отсутствие аккреционного материала позволяют предположить, что эта струя не приводится в действие ни вращением, ни аккрецией, хотя кажется, что она выровнена по оси вращения пульсара и перпендикулярна истинному движению пульсара.

Другие изображения

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Билл, Дж. Х. (2015). «Обзор астрофизических джетов» (PDF) . Proceedings of Science : 58. Бибкод : 2015mbhe.confE..58B. дои : 10.22323/1.246.0058 . Проверено 19 февраля 2017 г.
  2. ^ abc Кундт, В. (2014). «Единое описание всех астрофизических джетов» (PDF) . Proceedings of Science : 58. Бибкод : 2015mbhe.confE..58B. дои : 10.22323/1.246.0058 . Проверено 19 февраля 2017 г.
  3. ↑ Миллер-Джонс, Джеймс (апрель 2019 г.). «Быстро меняющаяся ориентация струи в системе черных дыр звездной массы V404 Лебедя» (PDF) . Природа . 569 (7756): 374–377. arXiv : 1906.05400 . Бибкод :2019Natur.569..374M. дои : 10.1038/s41586-019-1152-0. PMID  31036949. S2CID  139106116.
  4. ^ Билл, Дж. Х. (2014). «Обзор астрофизических джетов». Труды Acta Polytechnica CTU . 1 (1): 259–264. Бибкод : 2014mbhe.conf..259B. дои : 10.14311/APP.2014.01.0259 .
  5. ^ "Звезды падают через обратный водоворот" . Астрономия.com . 27 декабря 2007 года . Проверено 26 мая 2015 г.
  6. ↑ Биретта, Дж. (6 января 1999 г.). «Хаббл обнаружил в галактике M87 движение со скоростью, превышающей скорость света».
  7. ^ «Доказательства существования сверхэнергетических частиц в струе из черной дыры». Йельский университет – Управление по связям с общественностью. 20 июня 2006 г. Архивировано из оригинала 13 мая 2008 г.
  8. ^ Семенов, В.; Дядечкин С.; Пансли, Б. (2004). «Моделирование струй, движимых вращением черной дыры». Наука . 305 (5686): 978–980. arXiv : astro-ph/0408371 . Бибкод : 2004Sci...305..978S. дои : 10.1126/science.1100638. PMID  15310894. S2CID  1590734.
  9. ^ Бланделл, Кэтрин (декабрь 2008 г.). «Скорость струи в SS 433: ее антикорреляция с углом прецессионного конуса и зависимость от орбитальной фазы». Астрофизический журнал . 622 (2): 129. arXiv : astro-ph/0410457 . дои : 10.1086/429663 . Проверено 15 января 2021 г.
  10. ^ Дерели-Беге, Хюсне; Пеер, Асаф; Райд, Феликс; Оутс, Саманта Р.; Чжан, Бин; Дайнотти, Мария Г. (24 сентября 2022 г.). «Ветровая обстановка и десятки факторов Лоренца объясняют рентгеновское плато гамма-всплесков». Природные коммуникации . 13 (1): 5611. arXiv : 2207.11066 . Бибкод : 2022NatCo..13.5611D. дои : 10.1038/s41467-022-32881-1. ISSN  2041-1723. ПМЦ 9509382 . ПМИД  36153328. 
  11. ^ Георганопулос, М.; Казанас, Д.; Перлман, Э.; Стекер, ФР (2005). «Объемная комптонизация космического микроволнового фона внегалактическими джетами как исследование их материального состава». Астрофизический журнал . 625 (2): 656–666. arXiv : astro-ph/0502201 . Бибкод : 2005ApJ...625..656G. дои : 10.1086/429558. S2CID  39743397.
  12. ^ Хиротани, К.; Игучи, С.; Кимура, М.; Ваджима, К. (2000). «Доминирование парной плазмы в релятивистской струе парсека 3C 345». Астрофизический журнал . 545 (1): 100–106. arXiv : astro-ph/0005394 . Бибкод : 2000ApJ...545..100H. дои : 10.1086/317769. S2CID  17274015.
  13. ^ Электронно-позитронные джеты, связанные с квазаром 3C 279.
  14. ^ Найе, Р.; Гутро, Р. (9 января 2008 г.). «Огромное облако антивещества, связанное с двойными звездами». НАСА .
  15. ^ Бландфорд, РД; Знаек, Р.Л. (1977). «Электромагнитное извлечение энергии из черных дыр Керра». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 179 (3): 433. arXiv : astro-ph/0506302 . Бибкод : 1977MNRAS.179..433B. дои : 10.1093/mnras/179.3.433.
  16. ^ Пенроуз, Р. (1969). «Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности». Ривиста дель Нуово Чименто . 1 : 252–276. Бибкод : 1969NCimR...1..252P.Перепечатано в: Пенроуз, Р. (2002). "«Золотая старушка»: Гравитационный коллапс: роль общей теории относительности». Общая теория относительности и гравитация . 34 (7): 1141–1165. Бибкод : 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». Физический обзор . 51 (10): 5387–5427. Бибкод : 1995PhRvD..51.5387W. doi : 10.1103/PhysRevD.51.5387. ПМИД  10018300.
  18. ^ Уильямс, РК (2004). «Коллимированные уходящие вихревые полярные струи e−e +, по своей природе создаваемые вращающимися черными дырами и процессами Пенроуза». Астрофизический журнал . 611 (2): 952–963. arXiv : astro-ph/0404135 . Бибкод : 2004ApJ...611..952W. дои : 10.1086/422304. S2CID  1350543.
  19. ^ «Чандра :: Фотоальбом :: IGR J11014-6103 :: 28 июня 2012 г.» .
  20. ^ Паван, Л.; и другие. (2015). «Более детальный обзор оттоков IGR J11014-6103». Астрономия и астрофизика . 591 : А91. arXiv : 1511.01944 . Бибкод : 2016A&A...591A..91P. дои : 10.1051/0004-6361/201527703. S2CID  59522014.
  21. ^ Паван, Л.; и другие. (2014). «Длинная спиральная струя туманности Маяк, IGR J11014-6103» (PDF) . Астрономия и астрофизика . 562 (562): А122. arXiv : 1309.6792 . Бибкод : 2014A&A...562A.122P. дои : 10.1051/0004-6361/201322588. S2CID  118845324.Длинная спиральная струя туманности Маяк стр. 7
  22. ^ Халперн, JP; и другие. (2014). «Открытие рентгеновских пульсаций от источника INTEGRAL IGR J11014-6103». Астрофизический журнал . 795 (2): Л27. arXiv : 1410.2332 . Бибкод : 2014ApJ...795L..27H. дои : 10.1088/2041-8205/795/2/L27. S2CID  118637856.

Внешние ссылки