Forskere forklarer opførselen af ​​den optiske emission af blazarer

Forskere fra St. Petersburg University har analyseret data fra optiske teleskoper, der dækker mere end otte år og formået at forklare mekanismen bag polariseringsplanrotationer i blazarer.

Dmitry Blinov er medforfatter til artiklen og seniorforsker ved Institut for Astrofysik, St. Petersborg Universitet. Han bemærker, at forskere har studeret den optiske polarisering fra aktive galaktiske kerner i mere end 50 år. Nogle af de første akademiske artikler om dette emne blev offentliggjort tilbage i 1960'erne af Vladimir Hagen-Thorn, Professor ved Institut for Astrofysik, Sankt Petersborg Universitet, og Viktor Dombrovskiy, lektor ved Institut for Astrofysik, Leningrad State University.

I universet, hovedmaterialet er koncentreret i galakser med hundreder af milliarder af stjerner; der er omkring 200-400 af dem i Mælkevejen. I centrum af galakser er der supermassive sorte huller, hvis masse varierer fra millioner til milliarder af Solens. Omkring sorte huller er der et stort antal stjerner, gas og støv, hvilken, at være for tæt på det sorte hul, "falde" ind i det. Imidlertid, et sort hul kan ikke indtage disse fuldstændigt og kaster en del af stoffet ud i det intergalaktiske rum i form af ekstremt hurtige plasmastråler.

De bedste objekter til at studere dette fænomen er blazarer. De er aktive galaktiske kerner med meget høj lysstyrke, hvis plasmastrøm (jet) er rettet mod Jorden i en vinkel på højst 15 grader. Sådanne objekter er de vigtigste kilder til kosmiske gammastråler, hvis art og egenskaber er understuderet. Derudover blazarer pusler astronomer ved at producere andre fænomener, herunder rotation af polariseringsplan.

Polarisationsplanet for en bølge er det plan, hvori en vektor (f.eks. den elektriske feltvektor) svinger og ændrer sig. På den afbildede figur, oscillationerne af den elektriske vektor er i blåt; polariseringsplanet er i rødt.

Det lys, vi ser i naturen, som regel, består af mange sådanne bølger rettet i forskellige retninger. I dette tilfælde, orienteringen af ​​polarisationen er tilfældig (på billedet nedenfor i figuren til venstre). Fuldt polariseret lys (i figuren til højre) forplanter sig med den elektriske vektors svingninger i kun ét plan. Et sådant fænomen kan observeres i nogle lasere. Imidlertid, fysiske processer skaber hovedsageligt delvist polariseret lys, mens elektromagnetiske bølger i en lysstråle ofte svinger langs en af ​​retningerne. For eksempel, figuren i midten viser elektromagnetiske bølger i en stråle af delvist polariseret lys rettet mod læseren. Det er denne slags lys, som videnskabsmænd observerer, når de studerer blazarer. Til dette formål, de studerer aktive galaktiske kerner gennem et teleskop med et specielt polariserende filter, ligner solbriller, som kun overfører svingninger i ét plan.

Årtiers observationer har vidnet om, at polariseringsplanet for synligt lys i blazarer nogle gange roterer. Forskere har fremsat flere hypoteser, der kunne beskrive mekanismen for sådanne rotationer, men ingen af ​​dem har haft tilstrækkelige beviser. Forskergruppen fra Laboratory of Observational Astrophysics ved St. Petersburg University gjorde opmærksom på en af ​​de teoretiske modeller. Det blev foreslået tilbage i 2010 i et akademisk papir. Forskere fra St. Petersburg University deltog også i den undersøgelse. Den overvejede en rotation af polarisationsplanet og forudsagde, at sådanne rotationer skulle falde sammen med gentagne gammastråleudbrud.

Forskergruppen fra St. Petersburg University testede denne hypotese i samarbejde med forskere fra Boston University Institute for Astrophysical Research, Max Planck Institute for Radio Astronomy; og andre forskningsinstitutioner. De analyserede offentligt tilgængelige data fra:Fermi Gamma-ray Space Telescope, som havde observeret en af ​​de mest aktive blazarer 3C 279; St. Petersburg University Observatory; Krim Astrofysiske Observatorium; Perkins-teleskopet; og andre.

"Vi har sammenlignet resultaterne af adskillige observationer af polariseringen af ​​optisk emission fra blazar 3C 279 med åbne data fra Fermi Gamma-ray Space Telescope. Det har regelmæssigt scannet hele himlen siden 2008 og vist gammastrålefluxfordeling. Vi har har formået at finde et mønster af udbrud i denne blazar, som har gentaget sig mindst tre gange sammen med rotationerne af den optiske polarisering. Dette bekræfter den tidligere foreslåede model, der forklarer rotationer af polarisering, " siger Dmitry Blinov.

Derudover baseret på de indhentede data, det er lykkedes forskerne at beskrive strukturen af ​​den indre del af jetflyene. Det viser sig, at den hurtige rygsøjle, midten af ​​jetflyet, er omgivet af en langsommere kappe, som består af ringkondensationer. Når et plasmoid bevæger sig langs strålens rygrad med høj hastighed, det spreder lavenergi-fotoner fra kappen til energier af gamma-strålebåndet. Dette forårsager de udbrud, som forskerne har observeret. Da kappens ringformede strukturer har været stabile gennem årene med observationer, sådanne udbrud har gentaget sig flere gange.

Forskningsresultaterne er blevet grundlaget for 3D-animation, hvilket giver en idé om de processer, der finder sted i de indre dele af aktive galaktiske kerner. Ifølge Dmitry Blinov, i fremtiden, lignende mønstre af udbrud i gammabåndet kan hjælpe med at afklare andre problemer. For eksempel, ifølge en af ​​hypoteserne, det er jetfly med hurtige rygsøjler og langsomme hylstre, der kan producere fundamentale kosmiske partikler – neutrinoer. Gentagne mønstre af udbrud kan indikere blazarer, der udsender kosmiske neutrinoer.