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) — колімовані струмені плазми, що вириваються з центрів (ядер) таких астрономічних об'єктів як активні галактики, квазари й радіогалактики. Першим такий струмінь виявив астроном Гебер Кертіс у 1918 році. Пізніше Стівен Гокінг показав, що джерелом енергії для джетів можуть бути чорні діри.

У рідкісних випадках, коли струмінь із ядра галактики спрямований у бік земного спостерігача, такі об'єкти називають блазарами.

Також, джетами називають подібні, але менші за розміром і енергетичним масштабом струмені, джерелами яких є нейтронні зорі або протозорі.

Причини виникнення

Коли газ падає на чорну діру, він не потрапляє під гравітаційний радіус одразу, а натомість формує тонкий акреційний диск, радіусом на порядок більшим за розміри самої чорної діри, де тривалий час обертається, рухаючись по спіралі і поступово втрачаючи енергію. Диск розігрівається до величезних температур, а також створює потужне магнітне поле. Теорія акреційних дисків ще не до кінця сформульована, але відомо, що поведінка речовини в диску залежить від швидкості обертання діри а також безрозмірнісного параметру акреції, який дорівнює відношенню швидкості притоку маси в диск до маси Еддінгтона:

${\dot {m}}={\dot {M}}{\frac {\sigma _{T}c}{4\pi GMm_{p}}}$

Відомо, що джети зʼявляються біля активних ядер галактик, що містять чорні діри, швидкість обертання яких порівняно висока, й акреційний диск яких має сильніше магнітне поле. Також, струмені утворюються в найближчих до чорної діри частинах диску.

Безпосереднім джерелом енергії струменя є або потенціальна енергія речовини що падає на діру, або ж енергія що запасена у обертальному русі самої діри (в останньому випадку вона може видобуватися за допомогою процесу Блендфорда-Знаєка але є і альтернативні підходи).

Механізм утворення джетів від нейтронних або молодих зір недостатньо вивчений, але також повʼязаний з акреційними дисками навколо них. За оцінками, джети масивних молодих зір можуть існувати протягом кількох десятків тисячоліть після їх утворення.

Швидкість релятивістських струменів

Під час спостереження руху релятивістського струменя на небесній сфері може виникнути видимість руху з надсвітловою швидкістю, проте це не є порушенням спеціальної теорії відносності, оскільки такий рух є лише ілюзією.

Теоретичне обґрунтування цього явища надав англійський астрофізик Мартін Ріс 1966 року. Уявімо, що викид (струмінь) речовини з центру джерела рухається з деякою досить великою (але досвітловою) швидкістю в бік 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, якби 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. Надсвітловий рух джерел, 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.

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