Внегалактические объекты

Блазары

Блаза́ры, группа , характеризующихся высокой и высокоамплитудной переменностью во всех диапазонах электромагнитного спектра, от до , на временных масштабах от часов до десятков лет. Считается, что их мощное излучение и наблюдаемые проявления активности связаны с расположенными в их центрах , выбрасывающими узкие струи  – , один из которых направлен в сторону наблюдателя под очень малым углом к лучу зрения (θ<20).(\theta <20^\circ).

Термин «блазар» (англ. blazar), предложенный в 1978 г., происходит от сочетания частей двух слов: BL Lacertae (название первого изученного представителя этого класса) и quasar (; класс внегалактических объектов очень высокой ). В зависимости от контекста этот термин используется как для обозначения активного ядра галактики, обладающего определёнными свойствами, так и в отношении всей с активным ядром, особенности которого во многом определяют характеристики системы в целом.

Блазары выглядят для наблюдателя как , поэтому впервые были идентифицированы как нерегулярные переменные звёзды в нашей . Отсутствие в их спектре ярких затрудняло оценку расстояний до этих объектов. Позже они были отождествлены с далёкими массивными галактиками.

Снимок блазара 3С 273, полученный с помощью космического телескопа «Хаббл»Рис. 1. Оптический снимок блазара 3С 273, полученный с помощью космического телескопа «Хаббл». В центре изображения виден квазар, существенно превышающий по яркости галактику, в которой он расположен. Левее и выше квазара наблюдается узкий релятивистский джет протяжённостью около 200 тыс. световых лет.По наблюдаемым характеристикам блазары разделяют на два типа: и квазары с плоским радиоспектром (англ. flat spectrum radio quasar, FSRQ). Лацертиды характеризуются непрерывным спектром излучения с отсутствием ярких и широких эмиссионных линий, сильно излучением (со вплоть до 50 %) и высокой переменностью блеска. Типичным примером лацертиды является прототип этого класса объектов – переменный источник BL в (лат. Lacerta). Квазары с плоским радиоспектром имеют более яркие и широкие эмиссионные линии в оптическом и инфракрасном диапазонах спектра и отличаются более мощным энерговыделением в радиодиапазоне. Примером подобных источников является квазар 3С 273 (рис. 1). В качестве количественного критерия различия между лацертидами и квазарами с плоским радиоспектром принято использовать условную ширину эмиссионных линий, равную 5 Å (у лацертид линии более узкие, у квазаров с плоским радиоспектром – более широкие).

Согласно современным представлениям, квазары с плоским радиоспектром имеют более мощные джеты и более высокую светимость. Эти объекты связаны преимущественно с источниками радиоизлучения класса FR-II (по ), яркость которых увеличивается к краям галактики. В свою очередь, лацертиды связаны с радиоисточниками класса FR-I, яркость которых уменьшается с увеличением расстояния от активного ядра. Такое разделение, вероятнее всего, объясняется низким темпом и наличием малых и тонких у лацертид по сравнению с высоким темпом аккреции и присутствием больших аккреционных дисков и пылевых торов в центрах квазаров. Малой интенсивности излучения недостаточно для ионизации газа вблизи центральной сверхмассивной чёрной дыры, поэтому в спектре лацертид наблюдаются очень слабые эмиссионные линии.

Излучение блазара, воспринимаемое наблюдателем, подвергается значительному из-за движения вещества джета с релятивистской скоростью по направлению к наблюдателю. Например, для джета с углом наклона к лучу зрения θ=5 \theta =5^ \circ и скоростью, составляющей 99,9 % от , измеряемый на Земле поток излучения от него будет примерно в 80 раз превышать истинную величину потока энергии, излучённой объектом. Излучение джета, направленного от наблюдателя, напротив, будет ослабляться, вследствие чего он чаще всего не наблюдается. Для источников с бо́льшим углом наклона к лучу зрения джет, направленный в противоположную сторону от наблюдателя, виден. Яркими примерами этого явления служат (например, ). Ещё одним следствием доплеровского усиления излучения является тот факт, что малое искривление джета блазара будет восприниматься наблюдателем как увеличенное в (1/sinθ)\sim(1/\sin{\theta}) раз. Например, изгиб величиной 33^ \circ может привести к наблюдаемому изгибу джета в 30.30^ \circ.

Карта известных блазаров, построенная на основе данных, полученных с космического телескопа «Ферми»Рис. 2. Самые яркие блазары на карте неба, построенной по данным космической гамма-обсерватории «Ферми». Жёлтый цвет указывает на более высокую энергию гамма-излучения. NASA / DOE / Fermi LAT CollaborationДоплеровское усиление излучения и света объясняют высокую яркость блазаров, их быструю переменность, а также наблюдаемые кажущиеся сверхсветовые движения компонентов джета на расстоянии от нескольких до сотен парсек от центральных сверхмассивных чёрных дыр. По этой же причине блазары являются источниками высокоэнергетического гамма-излучения (> 100 ГэВ) и кандидатами в генераторы сверхвысоких энергий. Согласно данным космической гамма-обсерватории за 2008–2018 гг., в диапазоне энергий от 50 МэВ до 1 ТэВ блазары составляют свыше 60 % всех зарегистрированных гамма-источников (рис. 2).

В 2018 г. впервые в истории была подтверждена связь нейтрино сверхвысокой энергии (290 ТэВ), зарегистрированного в Антарктиде, с блазаром TXS 0506+056. В результате блазары стали третьим в истории подтверждённым космическим источником нейтрино после Солнца и сверхновой SN 1987A.

График распределения энергии в спектре блазараРис. 3. Пример распределения энергии в спектре блазара. Сплошная линия представляет собой наилучшую аппроксимацию с использованием модели обратного комптоновского рассеяния собственного синхротронного излучения релятивистских электронов.Энергетический спектр блазаров имеет ярко выраженный двугорбый вид (рис. 3) и простирается непрерывно во всём диапазоне длин волн вплоть до ультравысоких энергий. Низкочастотный пик связан с релятивистских электронов в магнитных полях. Согласно лептонной модели излучения, высокочастотный горб возникает вследствие рассеяния этими же релятивистскими электронами (обратный ). В рамках адронной модели рассматривается альтернативное объяснение природы высокочастотного горба как обусловленного синхротронным излучением протонов. Всё излучение блазара связано с внутренними областями центрального источника.

Благодаря наличию синхротронного излучения блазары активно наблюдаются в радиодиапазоне (сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн), в том числе с использованием метода (РСДБ), который в настоящее время обеспечивает самое высокое угловое разрешение. РСДБ-наблюдения позволяют подробно исследовать такие особенности джетов блазаров, как кинематика, структура, геометрия, а также конфигурация магнитных полей. Самыми длинными рядами наблюдений блазаров являются данные мониторинговой программы на 13,7-метровой антенне в на частоте 37 ГГц, на на частоте 15 ГГц () и 43 ГГц (). В России активно действует РСДБ-сеть , работа которой координируется . В этом проекте участвуют радиоастрономические обсерватории «Светлое», «Зеленчукская» и «Бадары», формирующие базы протяжённостью от 2 до 4,5 тыс. км. В 2011–2019 гг. был реализован международный космический РСДБ-проект , в котором был задействован космический 10-метровый радиотелескоп на базе российского космического аппарата «Спектр-Р». Координатором проекта выступал . В ходе работы миссии достигнуто рекордное в астрономии угловое разрешение в 7 мкс дуги при формировании наземно-космических баз протяжённостью до 340 тыс. км. Кроме того, в России ведутся работы над новым РСДБ-проектом («Спектр-М»), который включает создание обсерватории, оснащённой 10-метровым космическим телескопом, для проведения наблюдений в миллиметровом и инфракрасном диапазонах.

  • Галактики с активными ядрами
  • Астрономические объекты
  • Астрофизические процессы и явления