Релятивістський струмінь

Релятивістські струмені, джети (англ. relativistic jet) — колімовані струмені плазми, що вириваються з центрів (ядер) таких астрономічних об'єктів як активні галактики, квазари й радіогалактики. Першим такий струмінь виявив астроном Гебер Кертіс у 1918 році. Пізніше Стівен Гокінг показав, що джерелом енергії для джетів можуть бути чорні діри.

Активна гігантська еліптична галактика M87. З центру галактики виривається релятивістський струмінь; другий струмінь, можливо, існує, але він переважно випромінює енергію в іншому напрямку, тому його видно слабкіше, почасти через дещо змінений спектр внаслідок ефекту Доплера — можливий конфлікт з характеристиками телескопа^[1][2]. Одна з можливих причин низької яскравості — зміщення джерела джета^[3][4].

У рідкісних випадках, коли струмінь із ядра галактики спрямований у бік земного спостерігача, такі об'єкти називають блазарами.

Також, джетами називають подібні, але менші за розміром і енергетичним масштабом струмені, джерелами яких є нейтронні зорі або протозорі.

Причини виникнення

Коли газ падає на чорну діру, він не потрапляє під гравітаційний радіус одразу, а натомість формує тонкий акреційний диск, радіусом на порядок більшим за розміри самої чорної діри, де тривалий час обертається, рухаючись по спіралі і поступово втрачаючи енергію. Диск розігрівається до величезних температур, а також створює потужне магнітне поле. Теорія акреційних дисків ще не до кінця сформульована, але відомо, що поведінка речовини в диску залежить від швидкості обертання діри а також безрозмірнісного параметру акреції, який дорівнює відношенню швидкості притоку маси в диск до маси Еддінгтона^[5]:

${\displaystyle {\dot {m}}={\dot {M}}{\frac {\sigma _{T}c}{4\pi GMm_{p}}}}$

Відомо, що джети зʼявляються біля активних ядер галактик, що містять чорні діри, швидкість обертання яких порівняно висока, й акреційний диск яких має сильніше магнітне поле. Також, струмені утворюються в найближчих до чорної діри частинах диску^[6][7].

Безпосереднім джерелом енергії струменя є або потенціальна енергія речовини що падає на діру, або ж енергія що запасена у обертальному русі самої діри (в останньому випадку вона може видобуватися за допомогою процесу Блендфорда-Знаєка^[en] але є і альтернативні підходи)^[8].

Механізм утворення джетів від нейтронних або молодих зір недостатньо вивчений, але також повʼязаний з акреційними дисками навколо них. За оцінками, джети масивних молодих зір можуть існувати протягом кількох десятків тисячоліть після їх утворення^[9].

Швидкість релятивістських струменів

Під час спостереження руху релятивістського струменя на небесній сфері може виникнути видимість руху з надсвітловою швидкістю, проте це не є порушенням спеціальної теорії відносності, оскільки такий рух є лише ілюзією.

Теоретичне обґрунтування цього явища надав англійський астрофізик Мартін Ріс 1966 року. Уявімо, що викид (струмінь) речовини з центру джерела рухається з деякою досить великою (але досвітловою) швидкістю в бік спостерігача. Для простоти, будемо вважати центр об'єкта нерухомим щодо спостерігача. Сигнал від ближчих до спостерігача частин струменя випромінюється в пізніші моменти часу (у порівнянні з сигналом від нерухомого центру). Отже, вимірювана спостерігачем проєкція швидкості на картинну площину (тобто площину, перпендикулярну до променя зору) буде більшою швидкості, що обчислюється, якби ближня частина струменя і центр спостерігалися одночасно. При деякій орієнтації видима швидкість стає більшою справжньої швидкості руху v в γ разів, де γ — Лоренц-фактор ${\displaystyle (\gamma =1/{\sqrt {1-(v/c)^{2}\,}})}$. У деяких випадках спостерігається Лоренц-фактор близько 10. Надсвітловий рух джерел, таким чином, є доказом існування релятивістських викидів із ядер галактик і квазарів^[10]. Спостереження методом РНДБ довели, що понадсвітловий рух компонент дуже типовий для цих об'єктів^[11].

Галерея

• 
  Центавр A у рентгенівських хвилях показує релятивістський струмінь
• 
  Джет галактики M87, зафіксований Дуже великим масивом на радіо-хвилях (у порівнянні з зображенням на початку статті поле огляду більше й повернуте).
• 
  Фото "Hubble Legacy Archive" джета в галактиці 3C 66B^[en] (у частині спектру, близькій до ультрафіолету)
• 
  Галактика NGC 3862, її позагалактичний струмінь речовини, який рухається майже зі швидкістю світла, можна побачити на позиції 3 години.^[12]

Див. також

• Бульбашки Фермі
• Додаткові матеріали про джети: ідеї, спостереження^{[13][14][15][16][17][18]}