понедельник, 29 февраля 2016 г.

Яркий квазар такой яркий

Во Вселенной нельзя просто так взять и создать сколь угодно яркий источник. Под яркостью астрономы понимают количество электромагнитной энергии, излучаемой единицей поверхности источника в секунду. Так, плафон из матового стекла, внутри которого светит лампочка, менее яркий, нежели лампочка сама по себе. Хотя полная светимость в обоих случаях примерно одинакова (если пренебречь поглощением света в стекле).


С точки зрения физики, слишком яркий источник излучения означает, что в нем, в очень маленьком объеме пространства, одновременно находятся очень много квантов света. То есть речь идет об очень большой плотности электромагнитной энергии. И вот она-то в разных астрофизических процессах имеет естественные ограничения, зависящие от конкретной физики системы.

Например, радиоизлучение квазаров — активных ядер далеких галактик, представляющих собой сверхмассивные черные дыры, поглощающие окружающую их материю, — не что иное, как излучение релятивистских электронов, двигающихся в магнитном поле. Если этих фотонов достаточно много (яркость квазара высока), те же электроны часто «сталкиваются» с порожденными ими радиофотонами, передавая им часть своей энергии. И переводя их из радиодиапазона в оптический, а то и рентгеновский.

Но рентгеновские фотоны гораздо легче и быстрее забирают у электронов энергию, становясь уже гамма-фотонами, которые забирают еще больше и еще быстрее и... в результате поток электронов почти полностью опустошается (в энергетическом смысле) и более не может производить первоначальное радиоизлучение. То есть яркий радиоисточник заведомо гаснет. Это в физике получило название комптоновской катастрофы. Яркость радиоисточников астрономы привыкли измерять в единицах температуры — Кельвинах. (И пусть вас это не смущает — измеряем же мы расстояние в годах, а массу — в электрон-вольтах). По теории, максимальная яркостная температура «обычного» радиоисточника составляет примерно 1012 (один триллион) градусов. И если измеренная температура оказывается выше, то, значит, перед нами необычный источник, что гораздо интересней.

Для того чтобы узнать яркостную температуру, необходимо измерить реальный размер источника. Единственный прямой способ это сделать — посмотреть на него в телескоп с очень высокой разрешающей способностью. То есть увидеть источник в деталях. А для этого нужен телескоп как можно большего диаметра. Сто метров. Или лучше сто километров. А еще лучше сто тысяч километров. Такие телескопы (точнее, их системы) — радиоинтерферометры со сверхдлинной базой (РСДБ), в которых несколько антенн синхронно наблюдают один и тот же объект.

Самые длинные базы сегодня реализуются в рамках проекта «Радиоастрон» — международной космической обсерватории, находящейся на вытянутой орбите с перигеем до 350 тысяч километров. В начале 2013 года этот телескоп совместно с несколькими крупнейшими наземными антеннами (включая 300-метровый телескоп в Аресибо) наблюдал квазар 3C273, первый из открытых квазаров и самый яркий на звездном небе.

Результаты наблюдений опубликованы только сейчас. Сумев выделить отдельные, ранее неразрешимые детали этого источника, ученые получили новую оценку яркостной температуры его излучения. Оказалось, что она превосходит теоретический предел в 1012 К как минимум в несколько раз.


Квазар 3C273 по РСДБ-наблюдениям, включающим космический телескоп Радиоастрон. Виден протяженный выброс вещества (джет) и яркое ядро квазара (слева вверху).  Элемент разрешения системы показан зеленым в левом нижнем углу.

И это уже не объяснить без привлечения особого, не вполне понятного механизма излучения. К слову, для других известных радиоисточников — пульсаров — сверхвысокая яркостная температура (на порядки больше предела) вообще обычное дело. Это большая проблема. А вот теперь некое темное облачко (в виде небольшого яркого пятнышка) образовалось и в нашем понимании аккрецирующих сверхмассивных черных дыр — квазаров.

Комментариев нет:

Отправить комментарий