Астрономы, занимающиеся изучением двух классов галактик, подпитываемых энергией черных дыр, которые отслеживаются космическим гамма-телескопом НАСА “Ферми”, нашли доказательство того, что эти галактики, по сути, представляют две стороны одной космической “медали”. Определяя, как эти объекты, называемые блазарами, распределены во Вселенной, ученые высказывают предположение, что различие свойств, которые являются определяющими для одного или другого класса, скорее всего обусловлено двумя разными способами, которыми галактики извлекают энергию из своих центральных черных дыр...
"Мы можем сопоставить один класс блазаров с неэкономичными автомобилями, потребляющими слишком много горючего, а другой – с электромобилями с низким энергопотреблением, расходующими мало электроэнергии ", - поясняет ведущий научный сотрудник Марко Ахельо (Marco Ajello) , астрофизик из Университета Клемсона, штат Южная Каролина. "Полученные нами результаты позволяют сделать вывод о том, что, в действительности, мы наблюдаем гибридные структуры, которые по-разному “ черпают” энергию из своих черных дыр на разных этапах эволюции."




То, что когда-то астрономы посчитали двумя семействами блазаров, на самом деле, может оказаться одним, как показано в этой анимации, созданной воображением художника. Энергия, запасенная этой черной дырой в годы её “зеленой молодости”, когда происходил процесс интенсивной аккреции, впоследствии могла расходоваться блазаром, чтобы поддерживать генерирование высокоэнергетического излучения в течение длительного периода времени, когда запасы газа уже истощились.
Автор изображения: Центр космических полетов имени Годдарда, НАСА
Активные галактики обладают чрезвычайно яркими ядрами, подпитываемыми энергией черных дыр, масса которых составляет миллионы и даже миллиарды масс Солнца. По мере того как газ падает на эти сверхмассивные черные дыры, он приобретает форму аккреционного диска и нагревается. Возле края черной дыры некоторое количество газа вырывается из диска в виде джетов (струй), движущихся в противоположных направлениях почти со скоростью света, при этом процессы, позволяющие объяснить происходящее, еще полностью не изучены.

Блазары относятся к самому высокоэнергетическому типу aактивных галактик, которые излучают во всем спектре излучения, от радиоволн до гамма-излучения. Они составляют более половины дискретных источников гамма-излучения, вошедших в каталог, составленный из источников, зарегистрированных широкоугольным телескопом “Ферми” (Fermi's Large Area Telescope), которых насчитывается уже более 1000 на сегодняшний день. Астрономы считают, что блазары кажутся нам такими яркими, потому что, случается, они “опрокидываются” в нашу сторону таким образом, что ось одного из джетов почти параллельна лучу зрения наблюдателя, который находится на Земле. Будучи направленным практически прямо вдоль “дула” джета, образованного частицами, движущимися со скоростью, близкой к скорости света, излучения, исходящие из джета и области, его порождающей, доминирует в поле нашего зрения.

Чтобы считаться блазаром, активная галактика должна демонстрировать быстрые изменения видимого света за короткие промежутки времени, например, за несколько дней, сильную оптическую поляризацию или яркое свечение в диапазоне радиоволн с "плоским спектром" — иными словами, активная галактика должна демонстрировать относительно малую переменность блеска на соседних частотах.

Астрономы установили, что существует два типа в линейке блазаров. Один, известный как радиоквазары с плоским спектром, (FSRQs), характеризуется мощным излучением из активного аккреционного диска, значительно более высокими показателями светимости, меньшими массами черных дыр и более низкими значениями ускорений частиц в джете. Другой тип блазаров, который обозначают как BL Lacs, характеризуется абсолютно преобладающим излучением джета, частицы которого обладают значительно более высокими энергиями, а излучение аккреционного диска слабое или отсутствует.

Выступая во вторник с докладом на конференции Американского астрономического общества в Бостоне, Ахельо сообщил, что он и его команда поставили перед собой цель - исследовать , как изменилось распределение этих объектов в процессе космической эволюции, однако получение достоверной информации о расстоянии до такого большого количества гамма-излучающих объектов BL Lac оказалось весьма сложной задачей.

"Один из наиболее часто применяемых механизмов определения расстояния – это смещение спектральных линий излучения в красную, более длинноволновую сторону спектра, когда мы вглядываемся в глубины космоса", - поясняет участник группы исследователей Дарио Гаспаррини (Dario Gasparrini), астроном из Центра обработки научных данных Итальянского космического агентства , который находится в Риме. "Слабое излучение диска от объектов BL Lacs чрезвычайно усложняет задачу измерения для них красного смещения, и следовательно, определение расстояния".

В связи с этим исследователи предприняли широкую программу наблюдений в оптическом диапазоне для измерения красного смещения объектов BL Lac, зарегистрированных с помощью телескопа “Ферми”.

"Эта программа продолжалась несколько лет, и её осуществление было бы просто нереальным, если бы не широкое привлечение нашими коллегами огромного количества обсерваторий наземного базирования", - рассказывает участник группы Роджер Романи (Roger Romani), астрофизик из Института космологии и астрофизики частиц имени Кавли, организации, работающей под патронатом Стэнфордского университета и Национальной лаборатории ускорителей SLAC в Менло-Парк, штат Калифорния.

Исследование с измерением красного смещения включало 25 ночных наблюдений с использованием телескопа Хобби-Эберли, расположенного на территории Обсерватории Макдональда в Техасе, под руководством Романи; восемь ночных наблюдений на 200-дюймовом телескопе Паломарской обсерватории и девять ночных наблюдений на 10-метровом телескопе Кека на Гавайских островах, под руководством Энтони Редхеда (Anthony Readhead) из Калифорнийского технологического института в Пасадене, штат Калифорния; и девяти ночных наблюдений на телескопах Европейской южной обсерватории в Чили, под руководством Гаррета Коттера (Garret Cotter) из Оксфордского университета в Англии. Кроме того, важные наблюдения были проведены с помощью съемочной камеры GROND в Чили, под руководством Йохена Грайнера ( Jochen Greiner) из Института внеземной физики имени Макса Планка в Гархинге, Германия, и телескопа, работающего в ультрафиолетовой/оптической области спектра, установленного на спутнике НАСА “Сфивт”,под руководством Нейла Герельса (Neil Gehrels) из Центра космических полетов имени Годдарда, в Гринбелте, штат Мэриленд.

Имея “под рукой” расстояния приблизительно для 200 зарегистрированных блазаров типа BL Lacs – самой большой и наиболее полной выборочной совокупности для исследования, которая имеется на сегодняшний день, -- астрономы смогли сравнить их распределение в масштабах космического времени с аналогичной выборочной совокупностью блазаров типа FSRQs. Полученный результат позволяет сделать заключение о том, что, начиная примерно с точки временной шкалы, соответствующей примерно 5.6 миллиарда лет тому назад, началось уменьшение популяции блазаров типа FSRQs, в то время как численность блазаров типа BL Lacs неуклонно повышалась. Заметный рост наблюдался в особенности у объектов BL Lacs, отличающихся сверхвысокими энергиями, которые также известны под названием блазаров с высокочастотным синхротронным пиком (high-synchrotron-peaked blazars) на основе особого типа излучения.

"По нашему мнению, здесь мы можем наблюдать переход от одного способа отбора энергии из черной дыры, расположенной в центре, к другому", - дает дополнительные поясненият Романи.

Крупные галактики выросли до огромных размеров в результате столкновений с множеством более мелких галактик, путем их поглощения, и этот процесс происходит довольно часто, как можно будет наблюдать, если мы обратимся к ретроспективному анализу имеющихся данных. Упомянутые выше столкновения привели к появлению избыточных количеств газа и разрастанию галактик, а также способствовали непрерывному перемешиванию газа, при этом газ с большей легкостью мог достигать центральной черной дыры, где скапливался и формировался в виде огромного горячего и яркого аккреционного диска, подобного тем дискам, которые мы наблюдаем у "слишком прожорливых" блазаров типа FSRQs. Часть этого газа, скопившаяся на границе с черной дырой, формирует джет, тогда как оставшийся газ постепенно втягивается черной дырой, увеличивая при этом скорость её вращения.

Так как Вселенная расширяется, и плотность галактик уменьшается, то происходит уменьшение числа столкновений галактик, а также подачи свежего газа (образующегося в результате столкновений) к черной дыре. Со временем аккреционный диск приходит в истощенное состояние, в результате остается быстро вращающаяся с большой угловой скоростью черная дыра, которая к тому же становится более массивной. Эти свойства позволяют объектам типа BL Lac поддерживать энергией мощный джет, даже несмотря на то, что в черную дыру втягиваются относительно небольшие количества закручивающейся по спирали материи.

По сути, энергия аккреции в период жизни галактики в виде блазара типа FSRQ запасается в виде наращивания скорости вращения и увеличения массы её черной дыры, которая действует как аккумулятор. Когда насыщенный газом аккреционный диск практически исчезнет, блазар подключится к запасенной энергии черной дыры, что, несмотря на низкую скорость аккреции, позволит ему продолжать подпитывать джет, образованный частицами, и генерировать высоко –энергетическое излучение в виде объекта BL Lac.

Одно из заключений, вытекающих из предположения о гибридной природе блазара, заключается в том, что светимость объектов BL Lacs должна со временем уменьшаться, поскольку черная дыра теряет энергию и замедляет свое вращение.

Астрономы говорят, что они намерены проверить справедливость этого высказывания на большей выборочной совокупности блазаров, которую обеспечивает, в частности, продолжающаяся программа обзора всего неба с использованием телескопа “Ферми”. Понимание деталей такого перехода также потребует более глубоких знаний о джете, массе черной дыры и галактическом окружении двух классов блазаров.

Источник: http://www.nasa.gov/content/goddard/black-hole-bat...-keep-blazars-going-and-going/
Перевод: Дорохова Елена http://www.astrogorizont.com/content/read-aktivnost_blazarov