Введение

Луч ионизированного вещества, движущийся вдоль оси вращения астрономического объекта. Астрофизический джет – это астрономическое явление, при котором выбросы ионизированного вещества испускаются в виде протяженных лучей вдоль оси вращения. Когда эта сильно ускоренная материя в луче приближается к скорости света, астрофизические джеты становятся релятивистскими джетами, проявляя эффекты специальной теории относительности. Формирование и поддержание астрофизических джетов – это крайне сложные процессы, связанные со многими типами высокоэнергетических астрономических источников. Вероятно, они возникают в результате динамических взаимодействий внутри аккреционных дисков, активные процессы которых обычно связаны с компактными центральными объектами, такими как черные дыры, нейтронные звезды или пульсары. Одно из объяснений заключается в том, что запутанные магнитные поля организуются таким образом, чтобы направлять два диаметрально противоположных луча от центрального источника под углом всего в несколько градусов (около > 1%). На джеты также может влиять эффект общей теории относительности, известный как увлечение пространства-времени. Большинство крупнейших и наиболее активных джетов создаются сверхмассивными черными дырами (СМЧД) в центрах активных галактик, таких как квазары и радиогалактики, или в скоплениях галактик. Такие джеты могут достигать длины в миллионы парсек, или же формироваться вокруг эволюционировавших звезд после стадии AGB, планетарных туманностей и биполярных туманностей.

Релятивистские струи

Релятивистские струи – это пучки ионизированного вещества, ускоренные до скоростей, близких к скорости света. Большинство из них наблюдательно связаны с центральными сверхмассивными черными дырами активных галактик, радиогалактик или квазаров, а также с галактическими звездными черными дырами, нейтронными звездами или пульсарами. Длина струй может простираться от нескольких тысяч до сотен тысяч или миллионов парсек. Сверхмассивные черные дыры в галактиках генерируют самые мощные струи, однако их структура и поведение аналогичны структурам и поведению меньших галактических нейтронных звезд и черных дыр. Эти системы часто называют микроквазарами, и они демонстрируют широкий диапазон скоростей. Например, струя SS 433 имеет среднюю скорость 0,26c. Механизмы формирования релятивистских струй также могут объяснять наблюдаемые гамма-всплески, которые характеризуются наиболее релятивистскими струями, являющимися ультрарелятивистскими. Механизмы, определяющие состав струй, остаются неясными, хотя некоторые исследования склоняются к моделям, в которых струи состоят из электрически нейтральной смеси ядер, электронов и позитронов, в то время как другие согласуются с моделями, предполагающими, что струи состоят из плазмы позитронов и электронов. Ожидается, что следовые ядра, захваченные релятивистской струей позитронов и электронов, будут обладать чрезвычайно высокой энергией, поскольку эти более тяжелые ядра должны достигать скорости, равной скорости позитронов и электронов.

Ротация как возможный источник энергии

Из-за огромного количества энергии, необходимого для запуска релятивистского джета, некоторые джеты, возможно, питаются вращающимися чёрными дырами. Однако частота высокоэнергетических астрофизических источников с джетами указывает на сочетание различных механизмов, косвенно связанных с энергией в сопутствующем аккреционном диске и рентгеновским излучением от генерирующего источника. Для объяснения того, как энергия может передаваться от чёрной дыры в астрофизический джет, использовались две ранние теории:

Процесс Блендфорда — Знаека. Эта теория объясняет извлечение энергии из магнитных полей вокруг аккреционного диска, которые увлекаются и скручиваются вращением чёрной дыры. Затем релятивистское вещество, вероятно, выбрасывается за счёт сжатия силовых линий. Механизм Пенроуза. В этом механизме энергия извлекается из вращающейся чёрной дыры посредством увлечения пространства-времени, что позднее было теоретически доказано Ревой Кей Уильямс как способ извлечения релятивистской энергии и импульса частиц, а впоследствии показано как возможный механизм формирования джетов. Этот эффект включает использование гравитомагнетизма общей теории относительности.

Релятивистские струи от нейтронных звезд

Из вращающихся нейтронных звезд также можно наблюдать струи. Примером служит пульсар IGR J11014-6103, обладающий самым мощным джетом, обнаруженным к настоящему времени в Млечном Пути, скорость которого оценивается в 80% скорости света (0,8c). Получены рентгеновские наблюдения, однако радиосигнал и аккреционный диск не обнаружены. Изначально предполагалось, что этот пульсар вращается очень быстро, но последующие измерения показали, что частота вращения составляет всего 15,9 Гц. Такая низкая частота вращения и отсутствие аккреционного материала позволяют предположить, что джет не питается ни вращением, ни аккрецией, хотя он, по-видимому, выровнен с осью вращения пульсара и перпендикулярен его фактическому движению.