Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) проанализировали данные оптических телескопов более чем за восемь лет и смогли объяснить механизм вращения плоскости поляризации в блазарах. Результаты исследования опубликованы в MNRAS — одном из ведущих астрофизических журналов, который выпускает Королевское астрономическое общество (Великобритания).
Как отмечает один из авторов статьи, старший научный сотрудник кафедры астрофизики СПбГУ Дмитрий Блинов, поляризацию света активных ядер галактик исследователи изучают более 50 лет. Одни из первых научных работ на эту тему были опубликованы еще в 1960-х годах Владимиром Гаген-Торном (сейчас он профессор кафедры астрофизики СПбГУ) и доцентом кафедры астрофизики ЛГУ Виктором Домбровским.
Во Вселенной основная материя сконцентрирована в галактиках с сотнями миллиардов звезд: в Млечном пути их насчитывается около 200-400. В центре галактик — сверхмассивные черные дыры массой от миллионов до миллиардов масс Солнца. Вокруг черных дыр находится большое количество звезд, газа и пыли, которые, оказавшись слишком близко к черной дыре, «падают» в нее. Однако черная дыра не может поглотить их полностью и выбрасывает часть вещества в межгалактическое пространство в виде экстремально быстрых струй плазмы, так называемых джетов.
Наиболее удобными объектами для изучения этого явления считаются блазары — активные ядра галактик с очень большой светимостью, чей поток плазмы (джет) направлен в сторону Земли под углом не более 15 градусов. Такие объекты — основные источники космического гамма-излучения, природа и свойства которого не до конца исследованы. Кроме того, блазары озадачивают астрономов и другими явлениями, в том числе и вращением плоскости поляризации.
Плоскость поляризации волны — это плоскость, в которой вектор (например, электрический) колеблется, изменяется. Свет, который мы видим в природе, как правило, состоит из множества таких волн, направленных в разные стороны, в этом случае ориентация плоскости поляризации случайна. Полностью поляризованный свет распространяется с колебаниями электрического вектора только в одной плоскости, такое явление можно наблюдать в некоторых лазерах. Однако физические процессы в основном создают частично поляризованный свет, когда электромагнитные волны в пучке света чаще колеблются вдоль одного из направлений. Именно такой свет наблюдают ученые, исследуя блазары: для этого они изучают активные ядра галактик через телескоп со специальным поляризационным фильтром, пропускающим колебания только в одной плоскости.
Десятилетия наблюдений показали, что плоскость поляризации видимого света у блазаров иногда вращается. Ученые выдвигали несколько гипотез, которые могли бы описывать механизм этого вращения, но ни одна из них не имела достаточных доказательств. Исследовательская группа лаборатории наблюдательной астрофизики СПбГУ обратила внимание на одну из теоретических моделей, предложенной еще в 2010 году, где предполагалось, что вращения плоскости поляризации должны совпадать с повторяющимися вспышками гамма-излучения.
Чтобы проверить эту гипотезу, группа исследователей СПбГУ в сотрудничестве с учеными из Института астрофизических исследований Бостонского университета, Института радиоастрономии Макса Планка и других научных организаций проанализировала общедоступные данные космической гамма-обсерватории Fermi, наблюдавшей один из самых активных блазаров — 3C 279, а также результаты наблюдений обсерватории СПбГУ, Крымской астрофизической обсерватории, телескопа Perkins и других.
«Мы сопоставили результаты многочисленных наблюдений поляризации оптического излучения блазара 3C 279 с открытыми данными телескопа Fermi, который с 2008 года регулярно сканирует все небо и показывает распределение потока гамма-лучей. Нам удалось обнаружить картину вспышек у этого блазара, которая повторялась по меньшей мере три раза вместе с вращениями оптической поляризации. Это подтверждает предложенную ранее модель, объясняющую вращения поляризации», — рассказывает Блинов.
Кроме того, опираясь на полученные данные, исследователи смогли описать структуру внутренней части джетов. Оказалось, что быстрый хребет, центр джета, окружен более медленной оболочкой, которая состоит из кольцеобразных конденсаций. Когда сгусток плазмы продвигается в хребте джета на огромной скорости, он рассеивает низкоэнергетические фотоны от оболочки до энергии гамма-диапазона, из-за чего и происходят вспышки. Кольцеобразные структуры оболочки оказались стабильны на протяжении многих лет наблюдений, поэтому такие вспышки повторялись. Полученные в ходе исследования результаты стали основой 3D-анимации, которая дает представление о процессах, происходящих во внутренних частях активных ядер галактик. По словам Блинова, в дальнейшем подобные паттерны вспышек в гамма-диапазоне могут помочь прояснить и другие вопросы. Так, по одной из гипотез, именно джеты с быстрыми хребтами и медленной оболочкой могут производить фундаментальные космические частицы — нейтрино, а повторяющиеся паттерны вспышек могут указывать на блазары, излучающие космические нейтрино.
Пресс-служба СПбГУ
Нет комментариев