Blazar - Blazar

For ikke å forveksle med Blazer eller Blazor .
En blazar.
Artistens inntrykk av en blazar

En blazar er en aktiv galaktisk kjerne (AGN) med en relativistisk stråle (en stråle sammensatt av ionisert materie som beveger seg med nesten lysets hastighet ) rettet nesten mot en observatør. Relativistisk stråling av elektromagnetisk stråling fra strålen får blazarer til å virke mye lysere enn de ville vært hvis strålen ble pekt i en retning vekk fra jorden. Blazars er kraftige utslippskilder på tvers av elektromagnetiske spektrum og er observert å være kilder til høy-energigammastrålefotoner . Blazars er svært variable kilder, som ofte gjennomgår raske og dramatiske fluktuasjoner i lysstyrke på korte tidsskalaer (timer til dager). Noen blazarstråler viser tilsynelatende superluminal bevegelse , en annen konsekvens av at materiale i strålen beveger seg mot observatøren med nesten lysets hastighet.

Blazarkategorien inkluderer BL Lac -objekter og optisk voldelig variable (OVV) kvasarer . Den allment aksepterte teorien er at BL Lac objekter er egentlig laveffekts radiogalakser mens OVV kvasarer er egentlig kraftige radio høyt kvasarer . Navnet "blazar" ble laget i 1978 av astronomen Edward Spiegel for å betegne kombinasjonen av disse to klassene.

I bilder med synlig bølgelengde fremstår de fleste blazarer som kompakte og punktlignende, men bilder med høy oppløsning avslører at de befinner seg i midten av elliptiske galakser .

Blazarer er viktige temaer for forskning innen astronomi og astrofysikk med høy energi . Blazar-forskning inkluderer undersøkelse av egenskapene til akkresjonsskiver og jetfly , de sentrale supermassive sorte hullene og omliggende vertsgalakser , og utslipp av højenergifotoner , kosmiske stråler og nøytrinoer .

I juli 2018 sporet IceCube Neutrino Observatory -teamet en nøytrino som traff den antarktisbaserte detektoren i september 2017 til opprinnelsesstedet i en blazar 3,7 milliarder lysår unna. Dette var første gang en nøytrino -detektor ble brukt til å lokalisere et objekt i verdensrommet.

Struktur

Sloan Digital Sky Survey -bilde av blazar Markarian 421 , som illustrerer den lyse kjernen og den elliptiske vertsgalaksen

Blazarer, som alle aktive galaktiske kjerner (AGN), antas til slutt å være drevet av materiale som faller ned på et supermassivt svart hull i sentrum av vertsgalaksen. Gass, støv og en og annen stjerne blir fanget og spiral inn i dette sentrale sorte hullet, og skaper en varm akkresjonsskive som genererer enorme mengder energi i form av fotoner , elektroner , positroner og andre elementære partikler . Denne regionen er relativt liten, omtrent 10–3 parsek i størrelse.

Det er også en større ugjennomsiktig toroid som strekker seg flere parsek fra det sorte hullet, som inneholder en varm gass med innebygde områder med høyere tetthet. Disse "skyene" kan absorbere og avgi energi fra regioner nærmere det sorte hullet. På jorden blir skyene detektert som emisjonslinjer i Blazar spekteret .

Vinkelrett på akkresjonsdisken bærer et par relativistiske jetfly svært energisk plasma vekk fra AGN. Strålen kollimeres av en kombinasjon av intense magnetfelt og kraftig vind fra akkresjonsskiven og toroid. Inne i strålen interagerer fotoner og partikler med høy energi med hverandre og det sterke magnetfeltet. Disse relativistiske jetflyene kan strekke seg så langt som mange titalls kiloparsek fra det sentrale sorte hullet.

Alle disse områdene kan produsere en rekke observerte energier, for det meste i form av et ikke-termisk spekter som spenner fra meget lavfrekvent radio til ekstremt energiske gammastråler, med høy polarisering (vanligvis noen få prosent) ved noen frekvenser. Det ikke-termiske spekteret består av synkrotronstråling i radio til røntgenområdet, og invers Compton-utslipp i røntgen til gammastråleregionen. Et termisk spektrum som toppet seg i det ultrafiolette området og svake optiske utslippslinjer er også tilstede i OVV-kvasarer, men svak eller ikke-eksisterende i BL Lac-objekter.

Relativistisk stråling

Det observerte utslippet fra en blazar forsterkes sterkt av relativistiske effekter i jetflyet, en prosess som kalles relativistisk stråling . Massehastigheten til plasmaet som utgjør strålen kan være i området 95% –99% av lysets hastighet, selv om individuelle partikler beveger seg med høyere hastigheter i forskjellige retninger.

Forholdet mellom lysstyrken som slippes ut i strålens restramme og lysstyrken observert fra jorden avhenger av jetens egenskaper. Disse inkluderer om lysstyrken oppstår fra en sjokkfront eller en rekke lysere klatter i strålen, samt detaljer om magnetfeltene i strålen og deres interaksjon med partiklene i bevegelse.

En enkel modell av strålte illustrerer de grunnleggende relativistiske effekter som forbinder lyshet i resten rammen av strålen, S e , og lyshet observert på jorden, S o : S o er proporsjonal med S e  x  D 2 , hvor D er den doppler faktor .

Når vi vurderer det mye mer detaljert, er tre relativistiske effekter involvert:

  • Relativistisk avvik bidrar med en faktor D 2 . Aberrasjon er en konsekvens av spesiell relativitet der retninger som ser ut som isotrope i hvilerammen (i dette tilfellet strålen) ser ut til å være presset mot bevegelsesretningen i observatørens ramme (i dette tilfellet Jorden).
  • Tidsutvidelse bidrar med en faktor D +1 . Denne effekten fremskynder den tilsynelatende frigjøringen av energi. Hvis strålen avgir et utbrudd av energi hvert minutt i sin egen hvileramme, vil denne utgivelsen bli observert på jorden som mye hyppigere, kanskje hvert tiende sekund.
  • Vindu kan bidra med en faktor D −1 og virker deretter for å redusere boosting. Dette skjer for en jevn strøm, fordi det da blir D færre elementer av fluid i det observerte vinduet, som hvert element er utvidet med faktoren D . For en fritt forplantende klatt med materiale økes imidlertid strålingen med hele D +3 .

Eksempel

Tenk på en jet med en vinkel mot siktlinjen θ = 5 ° og en hastighet på 99,9% av lysets hastighet. Lysstyrken observert fra jorden er 70 ganger større enn den avgitte lysstyrken. Imidlertid, hvis θ er på minimumsverdien 0 °, vil strålen vises 600 ganger lysere fra jorden.

Stråler bort

Relativistisk stråling har også en annen kritisk konsekvens. Strålen som ikke nærmer seg jorden, vil virke svakere på grunn av de samme relativistiske effektene. Derfor vil to iboende identiske jetfly virke vesentlig asymmetriske. I eksemplet gitt over en jet hvor θ> 35 ° vil bli observert på jorden som mindre lysende enn den ville være fra resten av strålen.

En ytterligere konsekvens er at en populasjon av iboende identisk AGN spredt i verdensrommet med tilfeldige jetorienteringer vil se ut som en veldig inhomogen befolkning på jorden. De få objektene der θ er liten vil ha en veldig lysstråle, mens resten tilsynelatende vil ha betydelig svakere jetfly. De der θ varierer fra 90 ° ser ut til å ha asymmetriske stråler.

Dette er essensen bak forbindelsen mellom blazarer og radiogalakser. AGN som har jetfly orientert nær siktlinjen med jorden, kan se ekstremt annerledes ut enn andre AGN selv om de er iboende identiske.

Oppdagelse

Mange av de lysere blazarene ble først identifisert, ikke som kraftige fjerne galakser, men som uregelmessige variable stjerner i vår egen galakse. Disse blazarene, som ekte uregelmessige variable stjerner, endret seg i lysstyrke i perioder på dager eller år, men uten mønster.

Den tidlige utviklingen av radioastronomi hadde vist at det er mange lyse radiokilder på himmelen. På slutten av 1950 -tallet var oppløsningen av radioteleskoper tilstrekkelig til å identifisere spesifikke radiokilder med optiske kolleger, noe som førte til oppdagelsen av kvasarer . Blazars var sterkt representert blant disse tidlige kvasarene, og det første rødskiftet ble funnet for 3C 273 , en svært variabel kvasar som også er en blazar.

I 1968 ble det gjort en lignende forbindelse mellom den "variable stjernen" BL Lacertae og en kraftig radiokilde VRO 42.22.01. BL Lacertae viser mange av egenskapene til kvasarer, men det optiske spekteret var blottet for spektrallinjene som ble brukt for å bestemme rødskift. Svake indikasjoner på en underliggende galakse - bevis på at BL Lacertae ikke var en stjerne - ble funnet i 1974.

Den ekstragalaktiske naturen til BL Lacertae var ikke en overraskelse. I 1972 ble noen få variable optiske og radiokilder gruppert sammen og foreslått som en ny klasse av galakser: Objekter av typen BL Lacertae . Denne terminologien ble snart forkortet til "BL Lacertae -objekt", "BL Lac -objekt" eller ganske enkelt "BL Lac". (Det siste uttrykket kan også bety den opprinnelige individuelle blazaren og ikke hele klassen.)

Fra 2003 var noen hundre BL Lac -gjenstander kjent. En av de nærmeste blazarene er 2,5 milliarder lysår unna.

Nåværende utsikt

Blazarer antas å være aktive galaktiske kjerner , med relativistiske jetfly orientert nær siktlinjen med observatøren.

Den spesielle jetorienteringen forklarer de generelle særegne egenskapene: høy observert lysstyrke, veldig rask variasjon, høy polarisering (sammenlignet med ikke-blazar-kvasarer) og de tilsynelatende superluminale bevegelsene som ble oppdaget langs de første parsekene til jetflyene i de fleste blazarer.

Et Unified Scheme eller Unified Model har blitt allment akseptert, der svært variable kvasarer er relatert til iboende kraftige radiogalakser, og BL Lac -objekter er relatert til iboende svake radiogalakser. Skillet mellom disse to tilkoblede populasjonene forklarer forskjellen i utslippslinjens egenskaper i blazarer.

Andre forklaringer på den relativistiske jet-/enhetlige ordningstilnærmingen som har blitt foreslått inkluderer gravitasjonsmikrolensering og koherent utslipp fra den relativistiske jet. Ingen av disse forklarer de generelle egenskapene til blazarer. For eksempel er mikrolinsering achromatisk. Det vil si at alle deler av et spektrum vil stige og falle sammen. Dette er ikke observert i blazarer. Imidlertid er det mulig at disse prosessene, så vel som mer kompleks plasmafysikk, kan redegjøre for spesifikke observasjoner eller noen detaljer.

Eksempler på blazarer inkluderer 3C 454.3 , 3C 273 , BL Lacertae , PKS 2155-304 , Markarian 421 , Markarian 501 og S5 0014+81 . Markarian 501 og S5 0014+81 kalles også "TeV Blazars" for deres høye energi (teraelektron-volt-område) gammastråleemisjon. S5 0014+81 er også kjent for det mest massive sorte hullet som noensinne er observert, med 40 milliarder solmasser.

I juli 2018 ble en blazar kalt TXS 0506+056 identifisert som kilde til nøytrinoer med høy energi av IceCube- prosjektet.

Se også

Merknader

Eksterne linker