Блазары и черные дыры – под прицелом ученых СПбГУ

Четверг, 13 июля 2017 10:57

Ученые-астрофизики СПбГУ приступили к реализации проекта «Структура и эволюция активных ядер галактик» (грант РНФ 2017 года). Группа исследователей под руководством заведующего лабораторией наблюдательной астрофизики Валерия Ларионова планирует изучить уникальные процессы, происходящие в активных ядрах галактик (АЯГ), приблизиться к разгадке тайн блазаров и черных дыр.

Основным направлением работы ученых СПбГУ станет многоволновое (от гамма-лучей до радио- диапазона) исследование блазаров – одних из самых высокоэнергетических объектов во Вселенной, активных галактических ядер, которые производят широкий спектр излучения и испускают релятивистский поток частиц, направленный в сторону Земли. Исследователи планируют сопоставить параметры вспышек блазаров на различных длинах волн для определения положения излучающих во время вспышек областей по отношению к «центральной машине» (сверхмассивной черной дыре в центре галактики)  и механизмов, ответственных за гамма-излучение.

Блазары обладают релятивистскими джетами (струи плазмы, вырывающиеся из центров блазаров) и являются мощными источниками гамма-излучения. Происхождение джетов и физические условия в них являются одной из наиболее интригующих областей исследования современной астрофизики. Джеты наибольшей светимости встречаются в блазарах, где во всем диапазоне спектра доминирует нетепловое излучение. При этом в некоторых блазарах светимость в гамма-диапазоне на три порядка превосходит светимость в других длинах волн.

В ходе исследования астрофизики  планируют выяснить, как гамма-излучение, если оно возникает в субпарсековой области, может покинуть ее без существенного ослабления в плазме, окружающей ближайшие окрестности центральной черной дыры.  Если же излучение возникает на больших (более нескольких парсек) расстояниях от черной дыры, то перед учеными встает  другая задача – объяснить короткую шкалу переменности в гамма-диапазоне. Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи измерят расстояние от черной дыры, на котором происходят гамма-вспышки, для представительной выборки блазаров.

«Всестороннее исследование, которое мы планируем предпринять, должно помочь разрешить целый ряд имеющихся сегодня противоречий, а также обеспечить богатый наблюдательный материал во всем диапазоне от гамма-лучей до радио-лучей, – рассказывает Валерий Ларионов. –  Это позволит нам приблизиться к пониманию природы уникальных физических процессов, происходящих в релятивистских джетах. Мы предполагаем получить подробные кривые блеска в оптическом, инфракрасном и гамма-диапазонах выборки блазаров, ярких в гамма-диапазоне и доступных для наблюдений с нашими телескопами, и детальные кривые изменения параметров оптической поляризации со временем». Результаты фотометрических наблюдений будут представлены в графическом виде на странице Виртуальной обсерватории СПбГУ.

Научная группа планирует построить детальные кривые блеска блазаров в гамма-диапазоне по данным, находящимся в свободном доступе на странице Fermi Science Center. Ученые СПбГУ примут участие в обработке РСДБ-наблюдений, получаемых группой Бостонского университета, с которой их связывает долгое и плодотворное сотрудничество. На основании этих данных будет проведен анализ свойств вспышек на различных длинах волн и определены задержки между максимумами вспышек в различных энергетических диапазонах.

По словам Валерия Ларионова, в ходе исследования особое внимание будет уделено кросс-корреляционному анализу между оптическими и гамма-кривыми блеска. Эти данные будут сопоставлены с результатами РСДБ-наблюдений в миллиметровом диапазоне, в интенсивности и поляризованном свете. Несмотря на существенную разницу в разрешении на различных длинах волн, используя анализ переменности, ученые смогут провести сравнение моментов вспышек в различных диапазонах энергий и сопоставить их с моментами появления новых узлов яркости на радиокартах. В случае совпадения событий это станет аргументом в пользу пространственной локализации как радио-, так и гамма-вспышек в далекой (>10 парсек) от черной дыры области, совпадающей с радиоядром джета. В противном случае, поясняет профессор СПбГУ, если высокоэнергетичная вспышка не будет сопровождаться событием в радиодиапазоне, или это событие будет заметно запаздывать относительно оптической и гамма-вспышки, это может свидетельствовать о положении гамма-вспышки в ближней окрестности черной дыры. Определение положения области гамма-излучения во многом определяет и механизм гамма-излучения.

«Сопоставление параметров поляризации оптического излучения и параметров поляризации в джете, а также анализ направления оптической поляризации по отношению к структуре самого джета позволят сделать заключения о свойствах магнитных полей в областях оптического и радио- излучения, – поясняет Валерий Ларионов. – Это очень важно для понимания процессов, ответственных за ускорение частиц в плазме, – действия ударных волн, турбулентности или перезамыкания силовых линий магнитного поля».

В ходе исследования астрофизики Санкт-Петербургского университета также планируют провести спектральные наблюдения ряда блазаров в оптическом диапазоне.

Последнее изменение Четверг, 13 июля 2017 11:07
Прочитано 253 раз