Введение
Очень компактный квазизвёздный радиоисточник.
Блазар – это активное галактическое ядро (AGN) с релятивистским джетом (струёй, состоящей из ионизированной материи, движущейся почти со скоростью света), направленным очень близко к наблюдателю. Релятивистское усиление электромагнитного излучения от джета делает блазары намного ярче, чем они были бы, если бы джет был направлен в сторону от Земли. Блазары являются мощными источниками излучения во всем электромагнитном спектре и наблюдаются как источники высокоэнергетических гамма-фотонов. Блазары – это сильно переменные источники, часто подвергающиеся быстрым и резким колебаниям яркости за короткие промежутки времени (часы – дни). Некоторые джеты блазаров, по-видимому, демонстрируют сверхсветовое движение, являющееся ещё одним следствием движения материала в джете к наблюдателю почти со скоростью света. К категории блазаров относятся объекты BL Lac и оптически сильно переменные (OVV) квазары. Общепринятая теория заключается в том, что объекты BL Lac по своей природе являются радиогалактиками низкой мощности, а квазары OVV – мощными радиогромкими квазарами. Название "блазар" было предложено в 1978 году астрономом Эдвардом Шпигелем для обозначения комбинации этих двух классов. На изображениях в видимом диапазоне длин волн большинство блазаров выглядят компактными и точечными, но изображения с высоким разрешением показывают, что они расположены в центрах эллиптических галактик. Блазары – важные объекты исследований в астрономии и астрофизике высоких энергий. Исследования блазаров включают изучение свойств аккреционных дисков и джетов, центральных сверхмассивных чёрных дыр и окружающих галактик-хозяев, а также излучения фотонов высокой энергии, космических лучей и нейтрино. В июле 2018 года команда Нейтринной обсерватории IceCube проследила нейтрино, зарегистрированное её антарктическим детектором в сентябре 2017 года, до точки его происхождения в блазаре на расстоянии 3,7 миллиарда световых лет. Это был первый случай использования нейтринного детектора для определения местоположения объекта в космосе.
Структура
Считается, что блазары, как и все активные галактические ядра (AGN), питаются веществом, падающим в сверхмассивную черную дыру в ядре галактики-хозяина. Газ, пыль и отдельные звезды захватываются и спирально падают в эту центральную черную дыру, создавая горячий аккреционный диск, который генерирует огромное количество энергии в виде фотонов, электронов, позитронов и других элементарных частиц. Эта область относительно невелика, примерно 10−3 парсека в диаметре. Существует также более крупный непрозрачный тороид, простирающийся на несколько парсеков от черной дыры и содержащий горячий газ с областями повышенной плотности. Эти "облака" могут поглощать и переизлучать энергию из областей, расположенных ближе к черной дыре. На Земле эти облака обнаруживаются как линии эмиссии в спектре блазара. Перпендикулярно аккреционному диску, пара релятивистских джетов выносит высокоэнергетическую плазму от AGN. Дже́ты коллимируются комбинацией интенсивных магнитных полей и мощных ветров от аккреционного диска и тороида. Внутри джетов высокоэнергетические фотоны и частицы взаимодействуют друг с другом и с сильным магнитным полем. Эти релятивистские джеты могут простираться на десятки килопарсеков от центральной черной дыры. Все эти области могут производить разнообразную наблюдаемую энергию, преимущественно в виде нетеплового спектра, охватывающего диапазон от очень низкочастотного радиоизлучения до чрезвычайно энергичных гамма-лучей, с высокой поляризацией (обычно несколько процентов) на определенных частотах. Нетепловой спектр состоит из синхротронного излучения в радио- и рентгеновском диапазонах и обратного комптоновского излучения в рентгеновском и гамма-лучевом диапазонах. Тепловой спектр, достигающий максимума в ультрафиолетовой области, и слабые оптические линии эмиссии также присутствуют в квазарах OVV, но они слабые или отсутствуют в объектах BL Lac.
Пример
Рассмотрим поток вещества под углом к лучу зрения θ = 5° и скоростью 99,9% скорости света. Наблюдаемая с Земли светимость в 70 раз превышает излучаемую светимость. Однако, если θ достигнет минимального значения 0°, поток вещества будет казаться в 600 раз ярче с Земли.
Отправляю тебя .
Релятивистское усиление также имеет еще одно критическое последствие. Струя, не направленная к Земле, будет казаться менее яркой из-за тех же релятивистских эффектов. Следовательно, две внутренне идентичные струи будут выглядеть значительно асимметричными. В приведенном выше примере любая струя, для которой θ > 35°, будет наблюдаться с Земли как менее яркая, чем она была бы в собственной системе отсчета струи. Дальнейшим следствием является то, что популяция внутренне идентичных AGN, разбросанных в пространстве со случайными ориентациями струй, будет выглядеть как крайне неоднородная популяция с Земли. Лишь немногие объекты, для которых θ мало, будут иметь одну очень яркую струю, в то время как остальные, по-видимому, будут иметь значительно более слабые струи. Объекты, для которых θ близко к 90°, будут казаться имеющими асимметричные струи. В этом заключается суть связи между блазарами и радиогалактиками. AGN, струи которых ориентированы близко к лучу зрения с Землей, могут выглядеть крайне отличными от других AGN, даже если они внутренне идентичны.
Открытие блазаров
Многие из ярких блазаров были впервые идентифицированы не как мощные далёкие галактики, а как нерегулярные переменные звёзды в нашей собственной галактике. Эти блазары, как и подлинные нерегулярные переменные звёзды, меняли свою яркость в течение дней или лет, но без какой-либо закономерности. Раннее развитие радиоастрономии показало, что на небе существует множество ярких радиоисточников. К концу 1950-х годов разрешение радиотелескопов стало достаточным для идентификации конкретных радиоисточников с оптическими соответствиями, что привело к открытию квазаров. Блазары были широко представлены среди этих первых квазаров, и первое красное смещение было обнаружено для 3C 273, сильно переменного квазара, который также является блазаром. В 1968 году аналогичная связь была установлена между «переменной звездой» BL Lacertae и мощным радиоисточником VRO 42.22.01. BL Lacertae демонстрирует многие характеристики квазаров, но в оптическом спектре отсутствовали спектральные линии, используемые для определения красного смещения. Слабые признаки лежащей в основе галактики — доказательство того, что BL Lacertae не является звездой — были обнаружены в 1974 году. Внегалактическая природа BL Lacertae не стала неожиданностью. В 1972 году несколько переменных оптических и радиоисточников были объединены и предложены как новый класс галактик: объекты типа BL Lacertae. Эта терминология вскоре была сокращена до «объекта BL Lacertae», «объекта BL Lac» или просто «BL Lac». (Последний термин также может относиться к исходному отдельному блазару, а не ко всему классу.) По состоянию на 2003 год было известно несколько сотен объектов BL Lac. Один из ближайших блазаров находится на расстоянии 2,5 миллиарда световых лет от нас.
Текущий вид
Считается, что блазары являются активными галактическими ядрами, с релятивистскими струями, ориентированными близко к лучу зрения наблюдателя. Такая ориентация струи объясняет их характерные особенности: высокую наблюдаемую светимость, очень быстрое изменение яркости, высокую поляризацию (по сравнению с неблазарными квазарами) и кажущиеся сверхсветовые движения, обнаруженные на первых нескольких парсеках струи в большинстве блазаров. Общепринятой стала унифицированная схема или унифицированная модель, в которой сильно переменные квазары связаны по своей природе с мощными радиогалактиками, а объекты BL Lac – со слабыми радиогалактиками. Различие между этими двумя взаимосвязанными популяциями объясняет разницу в свойствах эмиссионных линий в блазарах. Среди других предложенных объяснений релятивистских струй и унифицированной схемы – гравитационное микролинзирование и когерентное излучение от релятивистской струи. Однако ни одно из этих объяснений не описывает общие свойства блазаров. Например, микролинзирование ахроматично, то есть все части спектра изменяются одновременно. Это не наблюдается у блазаров. Тем не менее, возможно, что эти процессы, а также более сложная физика плазмы, могут объяснить отдельные наблюдения или некоторые детали. Примеры блазаров включают 3C 454.3, 3C 273, BL Lacertae, PKS 2155 304, Markarian 421, Markarian 501 и S5 0014+81. Маркариан 501 и S5 0014+81 также называют "TeV-блазарами" из-за их высокоэнергетического (тераэлектронвольтном диапазоне) гамма-излучения. В июле 2018 года блазар TXS 0506+056 был идентифицирован проектом IceCube как источник высокоэнергетических нейтрино.