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

Санкт-Петербургский государственный университетНа правах рукописиМорозова Дарья АдиковнаАнализ возмущений в джетах блазаров ссильным гамма-излучением01.03.02 – aстрофизика и звёздная астрономияДИССЕРТАЦИЯна соискание степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:д. ф.-м. н.В. М. ЛарионовСанкт-Петербург – 20142ОглавлениеВведение .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 1.4Аппаратура. Методика наблюдений и обработка . . . . 161.1.Методика наблюдений в гамма-диапазоне и их обработка . . . . .161.2.Методика наблюдений в оптическом диапазоне и их обработка .221.3.Наблюдения в радиодиапазоне с помощью РСДБ и их обработка30Глава 2.Определение кинематики джетов на основе РСДБ-карт 432.1.Модель джета . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .432.2.Сверхсветовые движения и релятивистское усиление . . . . . . .462.3.Измерение собственных движений в джетах . . . . . . . . . . . .492.4.Определение угла раскрытия джета . . . . . . . . . .

. . . . . . .52Глава 3.Блазар S4 0954+65 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543.1.Литературный обзор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .543.2.Анализ поляризации оптического излучения . . . . . . . . . . . .563.3.Кинематика джета и поведение на различных длинах волн . . . .623.4.Обсуждение и выводы . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69Глава 4.Блазар S5 0716+71 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724.1.Литературный обзор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .724.2.Кинематика джета и поведение на различных длинах волн . . . .744.3.Обсуждение и выводы . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . .79Глава 5.Квазар PKS 1510-089 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815.1.Литературный обзор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .815.2.Кинематика джета и поведение на различных длинах волн . . . .8235.3.Обсуждение и выводы . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 6.89Блазар PKS 1222+216 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 916.1.Литературный обзор. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .916.2.Кинематика джета и поведение на различных длинах волн . . . .926.3.Обсуждение и выводы . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .98Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Список сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . 102Приложение А. S4 0954+658 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118Приложение Б. S5 0716+71 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Приложение В. PKS 1510-089 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141Приложение Г.PKS 1222+216 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1524ВведениеВо 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.АЯГ имеют огромные светимости (превосходящие светимости обычных га-лактик в 103 104 раз) и излучают в очень широком диапазоне частот, от радио(109 Гц) до гамма (1025 Гц). Практически у всех галактик с активными ядраминаблюдается переменность блеска, а некоторые имеют джеты, представляющиесобой фокусированный поток ультрарелятивистской плазмы. Предполагается,что огромная энергия, излучаемая АЯГ, рождается в результате аккреции насверхмассивную черную дыру (Mbh 1082Md), находящуюся в центре подсти-лающей галактики.На сегодняшний день основной моделью АЯГ является унифицированнаясхема [1, 2].

Эта модель объясняет наблюдаемые различия в свойствах АЯГ(радиогалактики, сейфертовские галактики, блазары) разной ориентацией системы относительно наблюдателя (см. Рис. 1).Согласно унифицированной схеме, в центре АЯГ находится массивнаячерная дыра, окруженная аккреционным диском, за пределами аккреционного диска имеется молекулярный тор, содержащий пыль и дающий значительный вклад в инфракрасное излучение многих АЯГ. Считается, что в самомаккреционном диске магнитное поле турбулентно. Силовые линии магнитно-5го поля закручиваются из-за вращения аккреционного диска, что приводит квыбрасыванию джетов ультрарелятивистской плазмы перпендикулярно плоскости диска. Формирование джета происходит в непосредственной близости отчерной дыры.

Джет может быть зарегистрирован в миллиметровом диапазонес помощью РСДБ-наблюдений на расстояниях ¥ 100 гравитационных радиусов(Rg GMbh{c2) [3, 4]. Видимое основание джета, так называемое “ядро”, какправило является наиболее яркой и компактной областью на РСДБ-картах. Нарасстояниях 1 пк от черной дыры располагаются достаточно плотные облакагаза (Ne 1010 , ШЭЛ), дающие широкие эмиссионные линии в спектрах АЯГ,в то время как узкие эмиссионные линии рождаются в более разреженных областях (Ne 104 , УЭЛ), находящихся на килопарсековых расстояниях от чернойдыры.Рис. 1.

Общая схема АЯГ [2]Рис. 2. Усредненные SED блазаров [5]Блазары составляют особенно интересный подкласс галактик с активнымиядрами, поскольку их джет направлен под малым углом к лучу зрения наблюдателя и его излучение доминирует в диапазоне от радио до гамма-энергий.Блазары обладают переменностью блеска во всем наблюдаемом диапазоне и на6различных временных масштабах от часов до десятков лет, кроме того наблюдается высокая и переменная поляризация излучения. Как правило, блазарыимеют односторонние радиоджеты, в которых наблюдаются видимые сверхсветовые движения.

Движение плазмы джета с околосветовыми скоростями приводит к релятивистскому усилению излучения джета, что делает блазары источниками с наиболее выраженной активностью среди всех типов АЯГ.Подкласс блазаров включает в себя два подтипа: радиоквазары с плоскимспектром (FSRQ) и объекты типа BL Lac (BLLacs), или лацертиды. FSRQ - этоквазары с сильными широкими эмиссионными линиями в оптическом спектре.У объектов типа BL Lac эмиссионные линии отсутствуют или крайне слабы.Сильная синхротронная компонента полностью забивает тепловое излучение,но иногда в состоянии минимума блеска можно обнаружить слабые линии излучения или поглощения. В остальном эти два подтипа имеют сходные характеристики: схожая морфология (компактность), сверхсветовые движения в джетах,сильная переменность блеска и высокая переменная поляризация излучения.Несмотря на то, что блазары были открыты в радиодиапазоне, их переменность была впервые обнаружена в оптическом диапазоне [6]. Переменностьв радиодиапазоне была впервые обнаружена у блазара 3С 273 Дентом [7] и уряда источников на различных частотах [8].

Позднее была обнаружена переменность на всех наблюдаемых длинах волн. Вариации блеска на различныхдлинах волн часто скоррелированы, что говорит об общей природе переменности.Как известно, излучение блазаров имеет бимодальное распределение энергии в спектре. Пример усредненного SED блазаров показан на Рис.2. Достоверно установлено, что низкочастотный пик обусловлен синхротронным излучением электронов, движущихся в магнитном поле джета.

Низкочастотный пикчаще всего находится в области от инфракрасной до оптической части спектра,но у некоторых объектов типа BL Lac он находится в рентгеновской части. Вы-7сокочастотный пик простирается в область гамма-энергий вплоть до областиТэВ.Блазары образуют самый многочисленный класс объектов, отождествленных с источниками гамма-излучения.

Предполагается, что гамма-излучениерождается в релятивистском джете, однако до сих пор дискутируется вопросо механизмах генерации этого высокоэнергетического излучения. В настоящеевремя существуют два основных типа моделей генерации гамма-излучения: лептонные и адронные. В лептонных моделях гамма-излучение генерируется приобратном комптоновском рассеянии фотонов на релятивистских электронахджета.

В моделях другого типа (адронных) высокоэнергетическое излучениерождается в результате адронных и электромагнитных каскадов. Также открытым остается и вопрос об областях генерации гамма-излучения, которые могутнаходиться на расстоянии от 0.1 пк до 10 пк от центральной машины. Согласно одним моделям гамма-излучение рождается на субпарсековых расстоянияхот черной дыры за счёт рассеяния фотонов ШЭЛ. Такая модель объясняет наличие завалов в высокоэнергетической области спектрального распределенияэнергии, наблюдаемых у некоторых блазаров, и отсутствие корреляции междукривыми блеска в различных диапазонах длин волн [9].