Автореферат (Анализ возмущений в джетах блазаров с сильным гамма-излучением)

На правах рукописиМорозова Дарья АдиковнаАнализ возмущений в джетах блазаровс сильным гамма-излучениемСпециальность 01.03.02 – астрофизика и звездная астрономияАвтореферат диссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург – 2014Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете.Научный руководитель:доктор физико-математических наукЛарионов Валерий Михайлович.Официальные оппоненты:Мингалиев Марат Габдуллович,доктор физико-математических наук,старший научный сотрудник,Специальная астрофизическая обсерватория РАН, зам.

директора;Левшаков Сергей Анатольевич,доктор физико-математических наук,Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, ведущий научныйсотрудник.Ведущая организация:Пущинская радиоастрономическая обсерватория АКЦ ФИАНЗащита состоится « 2 » декабря 2014 г. в 15 ч. 30 м. на заседании диссертационного со­вета Д 212.232.15 на базе Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 28, математико-механи­ческий факультет, ауд.

2143.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петер­бургского государственного университета по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университет­ская наб., 7/9 и на сайтеhttp://spbu.ru/science/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/214.Автореферат разослан «»2014 г.Ученый секретарьдиссертационного советаМиланова Ю.В.3Общая характеристика работыВо Вселенной миллиарды галактик. Обычные галактики, такие как Млеч­ный Путь, светят за счет суммы излучения всех звезд галактики. Однако суще­ствуют и другие галактики, большая часть излучения которых имеет нетепло­вую природу, такие галактики называются активными или галактиками с ак­тивными ядрами (АЯГ).

Центральные области этих объектов имеют настольковысокую светимость, что доминируют над излучением подстилающей галакти­ки. АЯГ составляют лишь небольшую долю от всех галактик, но они интенсивноизучаются во всех доступных диапазонах длин волн уже на протяжении 50 лет,поскольку физические процессы, происходящие в них, уникальны.Рис. 1. Общая схема АЯГ [1]На сегодняшний день основной моделью АЯГ является унифицированнаясхема [1]. Эта модель объясняет наблюдаемые различия в свойствах АЯГ (ра­диогалактики, сейфертовские галактики, блазары) разной ориентацией систе­мы относительно наблюдателя.

Основными структурными элементами этой мо­дели являются черная дыра, аккреционный диск, пылевой тор, джеты, а такжеобласти широких и узких эмиссионных линий (см. Рис. 1).Блазары составляют особенно интересный подкласс галактик с активнымиядрами, поскольку их джет направлен под малым углом к лучу зрения наблю­4дателя и его излучение доминирует в диапазоне от радио до гамма-энергий.Блазары обладают переменностью блеска во всем наблюдаемом диапазоне ина различных временных масштабах от часов до десятков лет, кроме того на­блюдается высокая и переменная поляризация излучения. Вариации блеска наразличных длинах волн часто скоррелированы, что говорит об общей природепеременности. Как правило, блазары имеют односторонние радиоджеты, в кото­рых наблюдаются видимые сверхсветовые движения.

Движение плазмы джета соколосветовыми скоростями приводит к релятивистскому усилению излученияджета, что делает блазары источниками с наиболее выраженной активностьюсреди всех типов АЯГ.Данная работа посвящена исследованию возмущений в джетах блазаров ссильным гамма-излучением на основании наблюдений в гамма-, оптическом ирадиодиапазонах.Актуальность работыВ последние годы благодаря улучшению качества и увеличению количе­ства наблюдательных данных во всех доступных диапазонах достигнут значи­тельный прогресс в выяснении природы АЯГ.

Однако ряд вопросов до сих поростаются нерешенными.Как известно, блазары образуют самый многочисленный класс объектов,отождествленных с источниками гамма-излучения. В настоящее время однойиз самых актуальных проблем остается вопрос о механизмах генерации гамма­излучения и определении областей, где оно производится. Предполагается, чтогамма-излучение рождается в релятивистском джете. В настоящее время суще­ствуют два основных типа моделей генерации гамма-излучения: лептонные иадронные [2]. В лептонных моделях гамма-излучение генерируется при обрат­ном комптоновском рассеянии фотонов на релятивистских электронах джета.

Вмоделях другого типа (адронных) высокоэнергетическое излучение рождаетсяв результате адронных и электромагнитных каскадов. Также открытым остает­5ся и вопрос об областях генерации гамма-излучения, которые могут находитьсяна расстоянии от 0.1 пк до 10 пк от центральной машины.

Согласно одниммоделям гамма-излучение рождается на субпарсековых расстояниях от чернойдыры за счёт рассеяния фотонов области широких эмиссионных линий. Такаямодель объясняет наличие завалов в высокоэнергетической области спектраль­ного распределения энергии, наблюдаемых у некоторых блазаров, и отсутствиекорреляции между кривыми блеска в различных диапазонах длин волн [3]. Дру­гие модели, наоборот, хорошо объясняют корреляцию между изменениями блес­ка в различных диапазонах и отсутствие завала в высокоэнергетической частиспектра [4]. В таких моделях предполагается, что гамма-излучение рождаетсявблизи ядра джета на миллиметровых волнах.Другим актуальным вопросом является вопрос о механизме формирова­ния, коллимации и ускорения джетов.

В некоторых моделях формирования иколлимации джета предполагается, что процесс коллимации и ускорения про­исходит в непосредственной близости от центральной машины, однако в другихмоделях этот процесс происходит на значительно бо́льших масштабах. Такимобразом, вопросы кинематики джета и его состава продолжают широко обсуж­даться.Наблюдения с помощью радиоинтерферометра со сверхдлинными базами(РСДБ) являются единственным способом, который позволяет непосредственноисследовать структуру и кинематику джетов. Совместный анализ РСДБ-изоб­ражений и результатов наблюдений в других диапазонах играет основополагаю­щую роль в установлении деталей структуры АЯГ, особенно блазаров, в спектрекоторых доминирует излучение джета.Цели работыОсновной целью данной работы является исследование кинематики дже­тов парсекового масштаба в блазарах с интенсивным γ-излучением и сопостав­ление поведения джетов с переменностью в оптическом и гамма-диапазонах, а6также установление области генерации оптического и гамма-излучения во вре­мя вспышек.Для достижения поставленных целей решались следующие подзадачи: про­ведение многоцветных мониторинговых наблюдений блазаров на телескопахLX-200 и АЗТ-8; обработка результатов оптических наблюдений; обработка имоделирование наблюдательных данных в радиодиапазоне на частоте 43 ГГц;определение кинематических параметров джета источников.Научная новизнаДля объектов S4 0954+658, S5 0716+71, PKS 1222+216 впервые проведенодетальное изучение структуры и свойств джетов на частоте 43 ГГц за времен­ной промежуток 2008-2012 гг.

Для всех исследуемых объектов (S4 0954+658,S5 0716+71, PKS 1222+216, PKS 1510-089 ) проведен сравнительный анализповедения источников в гамма-, оптическом и радиодиапазоне.Научная и практическая ценность работыНаучная ценность работы состоит в получении новых сведений об измене­нии структуры джетов ряда блазаров с течением времени (выбросе релятивист­ских узлов), а также кривых блеска в радио-, оптическом и гамма-диапазонах,которые позволили определить механизм и область генерации гамма-излученияво время ряда вспышек.Практическая ценность обусловлена тем, что в процессе работы был полу­чен значительный объем новых наблюдательных данных для ряда блазаров(фотополяриметрические наблюдения в оптическом диапазоне, РСДБ-картыобъектов на частоте 43 ГГц и их моделирование). Эти данные могут быть ис­пользованы для решения ряда задач, возникающих при исследовании АЯГ.

Ре­зультаты данной работы могут использоваться во всех организациях, где зани­маются изучением активных ядер галактик, исследованием фотометрической7переменности и кинематики джетов.Результаты, выносимые на защиту1. Наблюдательные данные ряда активных блазаров в оптическом диапа­зоне, полученные на телескопах LX-200 и АЗТ-8. Радиокарты этих жеобъектов на частоте 43 ГГц и результаты их моделирования.2. Результаты определения параметров джетов блазаров S4 0954+658, S50716+71, PKS 1510-089, PKS 1222+216 на частоте 43 ГГц.3. Результаты анализа наблюдательных данных для блазаров S4 0954+658,S5 0716+71, PKS 1510-089, PKS 1222+216 в гамма-, оптическом и радиоди­апазоне и интерпретация ряда вспышек в гамма- и оптическом диапазонахкак распространение возмущения в джете.4. Вывод о том, что зона генерации гамма-излучения для ряда вспышек2008-2012 гг. у исследуемых объектов локализована в парсековом радиод­жете, а не в непосредственной близости от центральной машины.Апробация работыОсновные результаты диссертации докладывались на следующих конфе­ренциях:1.

“III Пулковская молодежная конференция”, ГАО РАН, Санкт-Петербург,Россия, 25—30 сентября 2010 г.2. AAS 217th Meeting 2011 Сиэтл,США, 9—13 января 2011 г.3. XXVIII конференция “Актуальные проблемы внегалактической астроно­мии” , Пущино, Россия, 19 — 21 апреля 2011 г.4. The 21st Annual New England Quasar(AGN Meeting),Нью-Хейвен, США,Йельский университет, 19 мая 2011 г.85. “50 лет космической эры: реальные и виртуальные исследования неба”,Ереван, Армения, 25—30 сентября 2011 г.6.

Fermi Symposium, Рим, Италия, 9 — 12 мая 2011 г.7. Fermi Symposium, Монтерей, США, 28 октября — 2 ноября 2012г.8. The Innermost Regions of Relativistic jets and Their Magnetic Field, Гранада,Испания, 10—14 июня 20139. IAU S304: Multiwavelength AGN Surveys and Studies,Ереван, Армения, 7—11 октября 2013 г.

Erevan, Armenia, 2013,10. Всероссийская астрономическая конференция “Многоликая Вселенная”(ВАК-2013), Санкт-Петербург, Россия, 23—27 сентября 2013 г.11. XXXI конференция “Актуальные проблемы внегалактической астрономии”,Пущино, Россия, 22—25 апреля 2014 г.Публикации по теме диссертацииОсновные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:1.

Morozova, D. A., Larionov, V. M., Troitsky, I. S., ... (22 авт.) The Outburstof the Blazar S4 0954+658 in 2011 March-April // The Astronomical Journal.2014. Vol. 148. P. 422. D.A. Morozova, S.G. Jorstad, A.P. Marscher, V.M. Larionov, I.S.

Troitskiy,D.A. Blinov, I. Agudo and P.S. Smith Multiwavelength Observations of 6 BLLac Objects in 2008-2012 // EPJ Web of Conferences 2013 Vol. 613. Larionov V. M., Jorstad S. G.; Marscher A. P., Morozova D. A., ... (11 авт.)The Outburst of the Blazar S5 0716+71 in 2011 October: Shock in a HelicalJet // The Astrophysical Journal. 2013. Vol.