Почему светит блазар?

Астрофизики разобрались в механизме гамма и рентгеновского излучения блазара.

Блазары – это разновидность квазаров – космических объектов, выглядящих с Земли подобными звёздам. Их особенность в том, что они выбрасывают узкую струю релятивистских частиц сверхвысоких энергий (джет), направленную прямо на нас. Мощное излучение джета, усиленное релятивистскими эффектами, делает блазары чрезвычайно яркими. Астрофизики предполагают, что они, как и все квазары, представляют собой сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик, их активные ядра. Блазары – одни из самых энергетически мощных явлений во Вселенной, и потому служат важным объектом изучения.

Заметим, что, несмотря на огромную энергию струи частиц, в тысячи раз превосходящую возможности земных ускорителей, для нас она не представляет опасности, поскольку блазары находятся в миллиардах световых лет от Земли.

Международная коллаборация астрофизиков, в которой участвуют исследователи ГАИШ МГУ, впервые опубликовала результаты десятилетних многоволновых наблюдений сверхмассивной чёрной дыры – блазара S5 1803+784, проведённых на лучших космических и наземных средствах мониторинга от гамма- до радио-диапазонов. В частности, эти данные привели астрофизиков к выводу, что наиболее вероятный механизм излучения блазара в гамма и рентгеновском диапазоне – так называемый обратный Комптон-эффект. Результаты исследований опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Анализ полученных данных показал, что излучение не имеет единого спектра, как следовало бы ожидать в случае синхротронной природы излучения, то есть излучения заряженными частицами, движущимися с релятивистскими скоростями по траекториям, искривлёнными магнитным полем. Спектр же напоминал два колокола в «мягкой» и «жёсткой» области, так специалисты называют соответственно низко- и высокоэнергичные диапазоны. Но при этом «колокола» менялись почти синхронно, что говорит о компактности излучающей области. Исследователи пришли к выводу, что, скорее всего, жёсткие фотоны образовались в результате рассеяния мягких синхротронных фотонов радио и оптического диапазонов на электронах релятивистской струи. При этом фотоны низкой энергии получают от более энергичных релятивистских электронов дополнительную энергию и «перепрыгивают» в гамма- и рентгеновский диапазон спектра.

Получение фотонами энергии от электронов и называется обратным эффектом Комптона, в отличие от просто эффекта Комптона, в котором фотоны наоборот отдают энергию электронам (обнаружен американским физиком Артуром Комптоном в 1923 году, Нобелевская премия по физике за 1927 год).

Блазар S5 1803+784 расположен около полярной звезды, поэтому главный вклад в его оптический мониторинг был сделан северными телескопами глобальной сети МАСТЕР МГУ, один из которых расположен на Канарских островах, а все остальные в России – Благовещенск, Иркутск, Кавказ и Крым. Кроме того, исследователи использовали две космические гамма- и рентгеновские обсерватории: имени Энрике Ферми и Нэйла Гехреля Swift (США), Европейскую сеть радиотелескопов ENV (Europian NetWork) и американскую VLA (Very Large Array). Оптические наблюдения были проведены также автоматическим телескопом имени Каца (США).

В частности телескопы-роботы МАСТЕР, снимая блазар в течение 10 лет, обнаружили несколько его ярких вспышек, когда мощность излучения сверхмассивной чёрной дыры возрастала в десятки раз. Одновременно космические гамма-обсерватории фиксировали значительный рост рентгеновского и гамма-излучения.

Работа иллюстрирует универсальные возможности Глобальной сети роботов-телескопов МГУ МАСТЕР (Россия) по исследованию релятивистских объектов во Вселенной. Благодаря своему удачному географическому положению сеть МАСТЕР несколько раз в месяц осматривает всё небо – и северное и южное. А в силу уникальных технических особенностей она способна «мгновенно» реагировать как на супер короткие явления, так и следить за более медленными, измеряемыми сутками вспышечными явлениями.

По данным пресс-релиза МГУ;