Relativistiska jets, jets ( eng. Relativistic jet ) - plasmastrålar som flyr från centra (kärnor) av astronomiska objekt som aktiva galaxer , kvasarer och radiogalaxer . Det första sådana jetplanet upptäcktes av astronomen Geber Curtis 1918. Senare kunde fysikern Stephen Hawking bevisa att sådana utsläpp kommer från hypotetiska svarta hål .
Vanligtvis har ett föremål två strålar riktade i motsatta riktningar.
För närvarande är relativistiska jetstrålar ett otillräckligt studerat fenomen [6] [7] . Anledningen till uppkomsten av sådana jetstrålar är ofta interaktionen mellan magnetiska fält och ansamlingsskivan runt ett svart hål eller neutronstjärna .
När man observerar rörelsen av en relativistisk stråle på himmelssfären kan illusionen av rörelse med en superluminal hastighet uppstå [8] . Det är dock möjligt att förklara denna effekt utan att bryta mot relativitetsteorin.
Den första teoretiska motiveringen för detta fenomen gavs av den engelske astrofysikern Martin Rees 1966. Föreställ dig att det sker en utstötning (stråle) av materia från mitten av någon källa, som rör sig med en ganska stor (men, naturligtvis, underljus) hastighet i en trubbig vinkel mot siktlinjen (det vill säga mer eller mindre mot betraktaren). För enkelhetens skull kommer vi att anta att objektets centrum är fixerat i förhållande till betraktaren. Den mottagna signalen från delar av jetplanet närmare observatören sänds ut vid senare tidpunkter jämfört med signalen från det stationära centrumet. Därför kommer observatörens uppmätta hastighetsprojektion på himlens plan (d.v.s. planet vinkelrätt mot siktlinjen) att vara större än den hastighet som beräknas när den proximala delen av strålen och centrum observeras samtidigt. Med en särskilt bra orientering [9] blir den skenbara hastigheten ( Lorentz-faktor ) gånger större än den verkliga hastigheten v . I vissa fall observeras en Lorentz-faktor i storleksordningen 10. Superluminala källor är därför bevis på förekomsten av relativistiska utstötningar från kärnorna i galaxer och kvasarer [8] . Observationer med metoden för radiointerferometri med mycket långa baser har visat att komponenternas superluminala rörelse[ förtydliga ] mycket typiskt för dessa objekt [10] .
En komplikation uppstod i de tidigaste försöken att förklara FTL i termer av ett relativistiskt riktat partikelflöde: en förvånansvärt stor andel kompakta källor visade FTL, medan enkla geometriska argument antydde att endast några få procent av sådana objekt borde vara slumpmässigt orienterade nästan längs linjen av synen.. Närvaron av symmetriska utökade radiokomponenter antydde att de försågs med energi från en central källa med två symmetriska strålar. Men det är svårt att jämföra ljusstyrkan hos de närmande och vikande (eller till och med stationära) komponenterna. Denna uppenbara skillnad brukar diskuteras i samband med dubbelexpirationsmodellen [11] när strålningen från kärnan betraktas som en stationär punkt där det annalkande relativistiska flödet blir ogenomskinligt. Superluminal rörelse observeras mellan denna stationära punkt i munstycket och rörliga vågfronter eller andra inhomogeniteter i det utgående relativistiska flödet.
Så kallade enhetliga modeller, som tolkar mångfalden av observerade egenskaper som enkla geometriska effekter, har bara varit delvis framgångsrika. I sin enklaste form förklarar modeller av relativistisk strålpassage det observerade förhållandet mellan skenbar hastighet och Dopplerförstärkning av ljusstyrkan . Diskussionen fokuserade på arten av föremål utanför jet- eller föräldrapopulationen [12] . Man trodde att radioljudda kvasarer är en Doppler-förstärkt delmängd av ett mycket större antal optiskt observerbara kvasarer, och i [13] anses kompakta källor som Dopplerförstärkta komponenter i utökade radiokällor . Men noggranna observationer av radiokärnor och utstötningar är inte helt förenliga med de effekter som förväntas av enkla relativistiska utstötningsmodeller [14] [15] [16] [17] .
Kompakta FTL-skurar följer alltid samma riktning som mer förlängda skurar, inklusive, i vissa fall (t.ex. 3C 273 och M87 ), optiska skurar. För att tolka utseendet av kompakta utstötningar, å ena sidan, som ett resultat av olika dopplerförstärkning av ett dubbelsidigt relativistiskt flöde, är det alltså uppenbarligen nödvändigt att även storskaliga jetstrålar rör sig med relativistisk hastighet. Detta skulle se väldigt konstigt ut, eftersom det är svårt att föreställa sig hur ett relativistiskt flöde kan fortsätta att röra sig utan förändringar upp till flera kiloparsec bort från rörelsens centrum. Mätningar av Faraday-rotationen av polarisationsplanet av olika detaljer av utökade radiokällor visar dock att den minsta rotationen observeras från sidan med utstötningen, som förväntat, om strålen endast är synlig på närmaste sida på grund av differentiell Dopplerförstärkning [18] .
I radiogalaxen 3C 120 finns det också mer direkta observationsbevis för att det relativistiska flödet fortsätter åtminstone några kiloparsec bort från kärnan [19] . En ytterligare komplikation är förknippad med den uppenbara spridningen av egenskaper från radio till infraröd, optisk och högre energiområden i det elektromagnetiska spektrumet . Om radiokällors ljusstyrka och morfologi först och främst är resultatet av volymetrisk relativistisk rörelse och orientering, och inte deras egna egenskaper, bör de observerade egenskaperna vid andra våglängder tolkas på liknande sätt. Men kvasarer med olika riktade jetstrålar bör fortfarande ha ljusa självstrålningslinjer i närvaro av ett svagt kontinuum, och sådana "kala" kvasarer observeras inte. Dessutom är det inte klart hur subluminala källor eller källor inklusive både stationära och superluminala källor [20] passar in i detta enkla schema.
Tolkningen av relativistisk strålning ifrågasätts också av kärnornas extraordinära egenskaper. Den amerikanske astronomen Halton Arp [21] betonade att det är osannolikt att det unika objektet 3C 120 bara råkade vara korrekt orienterat för att demonstrera FTL . Lika unikt är 3C 273 ; det är den ljusaste kvasaren på himlen , oavsett våglängd . Sannolikheten a priori för att detta unika objekt är korrekt orienterat längs siktlinjen för att observera FTL-rörelse är liten, såvida inte, naturligtvis, den optiska , infraröda , röntgen- och gammaljusstyrkan också dopplerförstärks. Men 3C 273 är unik även i intensiteten av dess emissionslinjer , och det är svårt att föreställa sig scenarier som skulle tillåta emissionen av linjer att förstärkas genom bulkrelativistisk rörelse.
I samband med allt ovanstående har problemen med observation av superluminala hastigheter inom astronomi ännu inte helt lösts.
galaxer | |
---|---|
Typer |
|
Strukturera | |
Aktiva kärnor | |
Samspel | |
Fenomen och processer | |
Listor |