Markarian 501 (или Mrk 501 ) — галактика со спектром, простирающимся до самых высоких энергий гамма-лучей. [4] Это блазар или объект BL Lac , который является активным галактическим ядром с джетом, который выстреливает в сторону Земли. Объект имеет красное смещение z = 0,034. [5]
Mrk 501 — чрезвычайно изменчивый источник гамма-лучей, испытывающий сильные выбросы. [5] Во время выброса в 1997 году он был самым ярким объектом на небе в области гамма-лучей сверхвысокой энергии спектра, при энергиях выше 10 11 эВ (100 ГэВ). [6]
Галактика, в которой находится блазар, была изучена и каталогизирована Бенджамином Маркаряном в 1974 году. [7] Впервые то, что он является источником гамма-излучения очень высокой энергии, было определено в 1996 году Джоном Куинном в обсерватории Уиппла . [5] [8]
Эллиптическая галактика расположена в созвездии Геркулеса на прямом восхождении 16h 53.9m и склонении +39° 45'. Ее видимый размер составляет 1.2 на 1 угловую минуту. [9]
Гамма -лучи от Mrk 501 чрезвычайно изменчивы и испытывают сильные выбросы. [5] Спектр гамма-излучения от Mrk 501 показывает два горба. Один ниже 1 кэВ и может считаться рентгеновским излучением , а другой выше 1 ТэВ. Во время вспышек и вспышек пики увеличиваются по мощности и частоте. [5] MAGIC измерял вспышки продолжительностью 20 минут со временем нарастания 1 минуту . Во время этих вспышек гамма-лучи с более высокой энергией (1,2 ТэВ) задерживались на 4 минуты по сравнению с гамма-лучами с 0,25 ТэВ. [10] Эта задержка привела к различным теориям, включая теорию о том, что пространство больше в малых размерах с пенистой квантовой текстурой . [11] Пена могла бы создавать изменение скорости света для гамма-лучей с более высокой энергией и радиоволн с более низкой энергией и видимого света. Такое изменение противоречило бы инвариантности Лоренца , но могло бы дать ключ к теории объединения . Наблюдения доктора Флойда Стеккера из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА над Mrk 501 и Mrk 421 продемонстрировали, что нарушения инвариантности Лоренца не происходит. [12] Галактика также переменна в видимом свете между величиной 14,5 и 13,6. [13]
Во время наблюдений открытия наблюдались вспышки со средней частотой одна в семь минут. Космические лучи (то есть фермионные или массивные космические лучи, в отличие от фотонов) были исключены из-за формы и размера вспышек, которые для гамма-лучей малы и имеют эллиптическую форму. Поток для фотонов более 300 ГэВ в этот момент времени в 1995 году составлял 8,1±1,5 x 10−12 см − 2 с −1 [8]
Блазары, вероятно, возникают из-за падения материи в черную дыру и, возможно, в двойную черную дыру . Дисперсия скорости (которая является максимальной разницей в скорости по направлению к Земле или от нее), наблюдаемая в галактике, составляет 372 км/с, что предсказывает массу черной дыры (0,9 − 3,4) × 10 9 M ⊙ . Однако дисперсия скорости также была измерена как 291 и 270 км/с, поэтому центральная масса может быть меньше. [14] 23-дневная изменчивость предполагает, что объект может вращаться вокруг центральной черной дыры с периодом 23 дня. [14]
С помощью интерферометрии с очень длинной базой можно увидеть мельчайшие детали радиоволн вплоть до разрешения в миллисекунду дуги (мсд). Наблюдается центральная очень яркая точка, называемая ядром . Из ядра в форме узкого конуса в виде односторонней струи вырывается чрезвычайно высокоскоростной выброс плазмы .
Через 30 миллисекунд дуги струя длиной 300 пк делает поворот на 90° и разветвляется. Внутренняя струя перед изломом показывает яркие края или ярко-лимбовую структуру шириной менее 10 мс. Вероятно, это связано с быстро движущейся центральной частью струи в сочетании с более медленными краями. [15]
Обычно, были бы струи газа, выбрасываемые в противоположных направлениях. Наблюдаемая струя - это та, которая обращена к Земле и проецирует плазму в сторону Земли. Существует также струя, направленная от Земли, называемая встречной струей . Вблизи ядра эта встречная струя настолько тусклее основной струи, что она невидима в радиоволнах.
Яркость встречной струи меньше основной в 1250 раз. Это означает, что струя является релятивистской с Γ около 15 (то есть плазма движется со скоростью 99,8% скорости света) и под углом от 15° до 25° от линии визирования с Земли. На частоте 408 МГц уровень мощности составляет 1,81 Ян , хотя это переменная величина. [16]
За пределами 10 кпк от ядра становится видимым встречный выброс, показывая, что выбросы стали нерелятивистскими; то есть плазма больше не движется со скоростью, близкой к скорости света. [16] Симметричное радиоизлучение простирается до 70", что соответствует 120–200 кпк. [16]
В марте 2022 года ученые под руководством Иоанниса Лиодакиса изучали Markarian 501 в среднем состоянии, одновременно пытаясь понять, как блазары излучают такой яркий свет, используя Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE). Исследователи «смогли показать, что частицы в этих струях перезаряжаются ударными фронтами, разрешив давний «безответный вопрос» о динамике этих ярких объектов». [17] [18]
Мы знали об этих источниках с 60-х годов. Они являются одними из самых ярких объектов в рентгеновском диапазоне, и в течение многих лет мы не знали, как создаются рентгеновские лучи. У нас было несколько теорий, но радио- и оптические данные, которые мы смогли получить, не могут нам многого сказать.
— Иоаннис Лиодакис, научный сотрудник, Финский центр астрономии при ESO
Ранние обозначения были 4C 39.49 и B2 1652+39. [19] В Уппсальском общем каталоге галактик эта галактика указана как UGC 10599. [ 20]
Другие обозначения: B1652+39 или 1H1652+398 или TeV J1653+397 . [21]
