Релятивістський струмінь

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. Одна з можливих причин низької яскравості — зміщення джерела джета.

Релятивістські струмені, джети (англ. relativistic jet) — струмені плазми, що вириваються з центрів (ядер) таких астрономічних об'єктів, як нейтронні зорі, активні галактики, квазари й радіогалактики. Першим такий струмінь виявив астроном Гебер Кертіс у 1918 році. Пізніше фізик і філософ Стівен Гокінг зумів довести, що такі викиди відбуваються з гіпотетичних чорних дір. Струмені спостерігаються у багатьох об'єктів космосу, то можна зробити висновок про сягання межі стиску субстанції і/або, парадоксально, межі вакууму в осях таких вихорів — через порівняння з доступними для вивчення вирами океанів (див. нижче «Причини виникнення»).

Зазвичай у об'єкта, наприклад, нейтронної зорі, спостерігається два струмені, спрямовані в протилежні боки. Не доведений синхронний викид струменів як єдиного процесу для балджів галактик — справа у розмірі. Вісь балджа Чумацького шляху, наприклад, має протяжність близько 3000 світлових років. Синхронність може бути випадковою, але єдиний процес на такій дистанції не можливий за сталої дослідженої швидкості світла і вочевидь вимагає механізму миттєвого, дальнодіючого реагування, може, при сяганні межі істинного вакууму. Принаймні, поки що потрібен пошук фактичних свідчень синхронності чи теоретичне, умоглядне вивчення можливості існування істинної Пустоти, наприклад, порівнянням гіпотетичних зусиль у вирі вздовж осі балджу з передбачуваними велетенськими силами притягання часток на найдрібнішому рівні мікросвіту, що доступний аналізу. Можна використати як проміжні теоретично розраховані параметри взаємодії віртуальних часток вакууму (ефіру) 10^19ГеВ на 10^-35м.

Неможливо стверджувати що-небудь без нових даних, бо швидкість світла вимірювалася для міжзоряного простору, там передбачається ділянка її перевищення саме на початку осі джетів, а простір уздовж осі всередині балджа, з критичними і/або граничними напруженнями та ще такої протяжності може мати якісь нові, невідомі поки що особливості. 

Причини виникнення

Причиною появи релятивістських струменів вважається взаємодія магнітних полів з акреційним диском навколо чорної діри або нейтронної зорі. Але взаємодія магнітного та інших полів з акреційним диском і тілом об'єкта швидше є загальною обов'язковою умовою. Існують сумніви і нема жодного впевненого розрахунку можливості енергетичного забезпечення потужних викидів лише збором енергії з акреційного коміра. Оскільки також принаймні окремий найменший космічний об'єкт з джетом вочевидь не може мати потужне поле на спостережені подвоєні симетрією парсеки, хоча має, як нижче показано, «стандартний» джет (за останніми спостереженнями вони мало залежать від розміру джерела), доводиться припускати можливість викиду плазми і по осі вихору зсередини тіла. Це може бути наслідком збігу факторів, коли накопичився граничний тиск і/або навпаки — межа вакууму-пустоти, які вже не може утримати система сил навколо стрижня конкретного виру. Подібність комплексу суперечних процесів виру чорної діри з усіма явищами вихорів (і частково, варіанту гіроскопа, дзиґи — спільним є збереження орієнтації осі у просторі і для виру в океані?), очевидна спорідненість не могла оминути увагу науки і загалу, то нарешті одержала математичне підтвердження. Відстежені і досліджені океанічні вири в Атлантиці корелюють з математичною моделлю виру чорної діри і, напевне, тоді усіх вихорів. Вир може виокремитися в циліндр, нагадуючи ізольовану чорну діру, і треба чекати від велетенського гіроскопа ознак тенденції збереження орієнтації осі, що, можливо, одна з причин зміщення циліндрів на захід. Необхідне вивчення можливого перепаду рівня води східної частини циліндра над західною. Він, якщо буде (або вже) помічений сучасними супутниковими технологіями, може бути доказом тенденції збереження напрямку осі і однією з причин зміщення 'Едді' на захід — зсув нівелюванням рівня води.

Вир в океані є наслідком різниці щільностей і температур шарів води, взаємодії зустрічних течій. У ньому за певного набору потужності обертання, можливо, з лінійною швидкістю звуку чи й долаючи звуковий бар'єр, поглиблюється воронка, в яку спірально втягується акреційна маса води, на її осі навіть на глибині кілометра б'ють блискавки (як, до речі, і в хоботі торнадо) і потім відбуваються схлопування кавітаційної порожнини стрижня з викидом вгору своєрідних джетів. Важливе для теми і цільності бачення дослідження, яке об'єднує природні об'єкти і явища, що відрізняються в мільярди разів. Ґрунтовне теоретичне дослідження астрономічних вихорів і, почасти, джетів представлене в роботі В.С.Бескіна, магнітогідродинамічний аспект. Світіння і смуги океану зауважив ще Колумб, бачили з космосу астронавти. Десятки років ведуться наукові дослідження явища вирів в Атлантиці. Вчений океанографічної експедиції знаходить зв'язок між вихорами вирів і ураганів з торнадо. Наведені вище факти, висновки чи гіпотези взяті з матеріалів про радянську експедицію «Полігон-70».

Швидкість релятивістських струменів

Під час спостереження руху релятивістського струменя на небесній сфері може виникнути ілюзія руху з надсвітловою швидкістю. Однак для пояснення цього ефекту немає потреби сумніватися в основах теорії відносності.

Теоретичне обґрунтування цього явища було надано англійським астрофізиком Мартіном Рисом 1966 року. Уявімо, що викид (струмінь) речовини з центру джерела рухається з деякою досить великою (але природно, досвітловою) швидкістю під тупим кутом до променя зору (тобто, якоюсь мірою наближається до 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, коли б 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 $(\gamma =1/{\sqrt {1-(v/c)^{2}\,}})$. У деяких випадках спостерігається Лоренц-фактор близько 10. Надсвітлові джерела, таким чином, є доказом існування релятивістських викидів із ядер галактик і квазарів. Спостереження методом РНДБ довели, що понадсвітловий рух компонент дуже типовий для цих об'єктів.

Треба врахувати і варіант неточної оцінки відстані до джерел: при значно менших відстанях можлива втрата гостроти проблеми, але з вірністю геометричного перевищення по Мартіну Рису (через неодночасність приходу сигналу з різних ділянок променя під «вдалим» тупим кутом). Звичайно, цей варіант нагадує, що розбігання Всесвіту поки тільки гіпотеза, але він не виник ефемерно, це перша і (по Алану Сендіджу) не стерта думка Хаббла, пізніше трансформована. Сумніви — то нормальна, навіть, рекомендована справа у науці. Автор гіпотези розбігання галактик Жорж Леметр за проміжок часу між першою публікацією в Анналах наукового співтовариства Брюсселя і перекладом для Британського королівського астрономічного товариства обдумував свою теорію і, очевидно, певною мірою змінив своє бачення:

При опублікуванні перекладу роботи в нотатках Британського королівського астрономічного товариства відмовився від публікації ряду результатів, в тому числі закону Хаббла, через недостатність спостережних даних.

Природно в пошуку, чекаючи підтвердження гіпотез або альтернативних даних, мати репером висновок Альберта Ейнштейна про граничну швидкість світла. Вона спирається на безліч експериментів і природний досвід незворотності часу. За матеріалами цієї сторінки лінійна швидкість обертання стінок воронки Чорної Діри не перевищувала б швидкості світла, а наближення до неї могло б бути детонатором початку схлопування порожнини — викиду джета. Головний принцип: коригується уявлення про віддаленість досліджуваного об'єкта — очевидно, за простою геометрією, він пропорційно ближче. Видима сфера тоді постає компактнішою, в ній може ослабитися гострота питання невидимих субстанції і/або енергії чи порушення звичних досліджених законів фізики. Можна також від зворотного, через межі збереження цих законів замкнути коло перевірки, підійти до опорної швидкості світла с=300000км/сек на виході досліджуваного джета Кертіса-Хокінга. Щоб бути послідовними, треба прискіпливо аналізувати космологічну сталу Λ (лямбда-член) А.Ейнштейна — поки нема твердих знань, не варто відкидати розглянуті версії. Можливі протиріччя з висновками самого вченого в якихось аспектах його теорії, зокрема, питання виваженості використання астрономічної іпостасі червоного зсуву Доплера, зрозуміло, потребують об'єктивного розгляду вченими.

Ця позиція цілком раціональна, але тільки як спосіб пошуку у відсутності твердих спостережних даних. А вони навіть накопичилися, та не надто популяризуються, бо мають значні відхилення від дотеперішніх уявлень. Короткий виклад стану за дослідженнями колективу «Радіоастрон»: підтверджуються велетенські у просторі розміри джету, та несподівано з терміном спостереження, обмеженим кількома днями(!), що можна тлумачити перевищенням швидкості світла уже на межі миттєвої дальнодії. Тут вочевидь необхідні додаткові підтвердження обсерваторії чи альтернативних експертів. Уточнені пропорції джету і робиться висновок, що вони ніяк не виглядають цівкою з середини чорної діри, а перевищують її, сягаючи діаметра акреційного коміра чи більше. Але і за такої товщини при протяжності у сотні світлових років мають пропорції канату. Проте — виміри ведуться у радіодіапазоні, то цілком можлива цівка як енергетичний стрижень, що має увесь діапазон випромінювання. Радіоореол є побічним проявом і водночас ознака взаємодії стрижня з середовищем. На кінцях дзеркально-симетричних джетів виникають велетенські «вуха» — зони розсіювання і радіовипромінювання. Вражає гострота нових приладів спостереження — «Вперше за всю історію астрономічних спостережень вдалося досягти неймовірної кутової роздільної здатності — до мільйонних часток секунди.» Важливо те, що спостереження і певною мірою висновки «Радіоастрона» підтверджують і доповнюють фахову роботу 2015 року. Там спостереження велися в несподівано вдалих умовах — за практичної відсутності пилу і у оптичному діапазоні.

Спостереження з публікації 15 лютого 2018 року описує джет молодої зорі. Двосторонній викид для штучного об'єкта закономірний. Головний підсумок, доступний з анотації, джети мало залежать від розміру материнського об'єкта. Неясно, чи включно з балджами галактик. Важлива новина — нема остаточної інформації спектрального вивчення струменя. Він поки що плазма, без ліній спектру, імовірно значною частиною енергія, що має наслідком продукти потужного механічного і фізичного/хімічного впливу на оточення. Все це і також можливість надсвітлових швидкостей піднімає непевність границі швидкості світла для матерії, принаймні для певних агрегатних станів на шляху до плазми джетів включно, і, як наслідок, може змінити навіть уявлення про горизонт гіпотетичної чорної діри. За умови електричної поляризації плазми це витікає, наприклад, з методу енергетичного мінімалізму Б.Васильєва. Складається враження переваги свідчень надсвітлової початкової швидкості усіх джетів.

Має певний інтерес і розгляд питання з точки зору балістичної теорії Вальтера Рітца. При джетах зі швидкістю Ейнштейна, може рухатися з космічними швидкостями також і саме джерело, що в річищі теорії Рітца, дозволяє, дещо формально, вважати підсумкову швидкість перевищенням межі Ейнштейна; ефект Доплера фактично стрижень чи збіг з балістичною теорією Вальтера Рітца.

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 (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.

Див. також

• Бульбашки Фермі
• Додаткові матеріали про джети: ідеї, спостереження