Новости
«Радиоастрон» уличил классический квазар 3C273 в превышении «разрешенной» температуры.
Квазар 3C273, открытый еще в 1963 году, загадал новую загадку астрономам – наблюдения за ним с помощью телескопа «Радиоастрон» показали, что он имеет эффективную температуру от 10 до 40 триллионов градусов, и это примерно в 10 раз выше значений, которые допускает теория, говорится в статье, опубликованной в ведущем научном журнале Astrophysical Journal Letters.
«Это противоречит нашим представлениям о природе излучения квазаров. Полагаю, за этим поразительным результатом скрывается новая глава в изучении дальней Вселенной», – говорит руководитель проекта «Радиоастрон», руководитель Астрокосмического центра ФИАН Николай Кардашев.
В центре спиральных галактик находятся сверхмассивные черные дыры, масса которых может в миллионы и миллиарды раз превышать массу Солнца. Некоторые из них ведут себя крайне неспокойно – это так называемые активные ядра галактик, которые испускают мощные потоки электромагнитного излучения. В класс таких объектов входят и квазары, которые являются одними из самых ярких объектов во Вселенной. Первые из них были обнаружены еще в 1950-е годы, их назвали «радиозвездами», поскольку сначала считали объектами нашей Галактики. Однако ученых смущал их совсем не звёздный спектр. В 1963 году в созвездии Девы был обнаружен квазар 3C273, измерено его красное смещение, и стало понятно, что эти «квази-звезды» – ядра далеких активных галактик, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет. Это компактные объекты, яркость которых может превышать яркость целой галактики. Сверхмассивные черные дыры в центрах квазаров притягивают материю, она нагревается до сверхвысоких температур и ее часть выбрасывается прочь в виде быстрых и узких плазменных струй – джетов.
Художественное изображение центра активной галактики
(© Wolfgang Steffen, институт астрономии, UNAM, Мексика)
Исследование квазаров позволяет лучше понять физику экстремальных состояний материи, и, в частности, изучить как «работают» сверхмассивные черные дыры. Наземно-космический интерферометр «Радиоастрон» – один из самых совершенных инструментов для этого. Он состоит из российского космического радиотелескопа «Спектр-Р», работающего совместно с крупнейшими наземными телескопами. Для исследований квазара 3C273 на Земле астрономы привлекли 100-метровый радиотелескоп в Эффельсберге (Германия), 110-метровый в Гринбэнке, 300-метровый телескоп Аресибо, и решетку VLA (США). Работая совместно, космическая и наземные радиообсерватории способны дать наивысшее угловое разрешение, когда-либо достигнутое в астрономии – в тысячи раз выше, чем у космического телескопа «Хаббл».
Именно возможности «Радиоастрона» позволили авторам исследования впервые зарегистрировать экстремальную яркость ядра квазара – в результате было получено значение эффективной температуры от 20 до 40 триллионов градусов Кельвина. Заметим, эффективная температура в данном случае лишь косвенно связана с «обычной» температурой, этим термином ученые обозначают температуру абсолютно черного тела, которое излучало бы с обнаруженной яркостью.
Это значение поставило ученых в тупик: дело в том, что эффективная температура плазмы, из которой состоят джеты квазаров, не может превышать 500 миллиардов градусов. Потолок температуры связан с так называемой обратной комптоновской катастрофой – если энергия электронов превышает этот предел, они начинают лавинообразно передавать энергию фотонам и охлаждаться. Но квазар 3C273 нарушает это ограничение, даже учет известного эффекта релятивистского усиления оказывается недостаточным для объяснения этого феномена.
«Каким-то образом ядро квазара умудряется держать температуру экстремально высокой. Мы высказали несколько идей, включая излучение релятивистских протонов. Будем разбираться. Это тот тип счастливых научных открытий, который обязательно поможет нам лучше понять принцип работы квазаров», - говорит руководитель научной программы «Радиоастрона», заведующий лабораторией АКЦ ФИАН Юрий Ковалев.
В РОЛИ ГАЛАКТИЧЕСКОГО РЕНТГЕНА
Высокое разрешение «Радиоастрона» позволило ученым с помощью квазара 3C273 получить «рентгеновский снимок» нашей собственной Галактики. В изображении квазара удалось разглядеть неоднородности – яркие пятнышки, которые появились при прохождении излучения сквозь межзвездную среду Млечного пути.
Пример искажения изображения космического объекта при прохождении излучения через межзвездную среду в нашей галактике. Слева – картинка без рассеяния, справка – изображение того же объекта, но с яркими пятнами так называемой суб-структуры рассеяния
(© Michael Johnson, Harvard-Smithsonian CfA, США)
«Точно так же, как пламя свечи искажает изображение, на которое смотрят сквозь горячий воздух над ней, турбулентности плазмы нашей собственной Галактики искажают изображения далеких астрофизических объектов, таких как квазары», – объясняет Майкл Джонсон из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра.
Результаты опубликованы в отдельной статье группы проекта «Радиоастрон», сразу следом за первой обсуждавшейся выше публикацией, в Astrophysical Journal.
«Квазары так компактны, что мы никогда ранее не могли видеть эти искажения. Поразительное угловое разрешение «Радиоастрона» дало нам новый инструмент, чтобы понять экстремальную физику по соседству с центральными сверхмассивными черными дырами в далеких галактиках и свойства диффузной плазмы, наполняющей нашу собственную Галактику», - отмечает он.
Это первый квазар, для которого ученые обнаружили эффект субструктуры рассеяния. Теперь им предстоит более детально изучить богатые данные наблюдений «Радиоастрона» многих квазаров, чтобы получить подробную информацию об особенностях межзвездной среды на основе анализа субструктур в их изображениях.
АКЦ ФИАН для АНИ «ФИАН-информ»
P.S. Материал снован на научных статьях:
- Kovalev et al., 2016, Astrophysical Journal Letters, 820, L9;
- Johnson et al., 2016, Astrophysical Journal Letters, 820, L10.
Контакт научной группы: Юрий Ковалев, yykovalev@gmail.com
_____________________________________________
Справка:
Проект «Радиоастрон» разработан в Астрокосмическом центре Физического института им. П.Н. Лебедева РАН и НПО им. С.А. Лавочкина, в кооперации с рядом российских и международных организаций. Идея проекта состоит в создании наземно-космического радиоинтерферометра со сверхдлинной базой в несколько сотен тысяч километров, чего невозможно достичь с использованием наземных радиотелескопов.
Художественное изображение космического радиотелескопа «Спектр-Р»
проекта наземно-космического интерферометра «РадиоАстрон»
Космический аппарат «Спектр-Р» с 10-метровым радиотелескопом был запущен с космодрома Байконур в июле 2011 года и выведен на эллиптическую орбиту с апогеем до 350 тысяч километров. Работая совместно с крупнейшими наземными радиотелескопами, он смог получить самое высокое угловое разрешение в истории астрономии – до 8 микросекунд дуги. Основные направления исследований: ядра галактик и массивные черные дыры, пульсары и межзвездная среда, галактические и внегалактические мазеры, гравитационная астрономия.
