Przejdź do treści

Jak bardzo zmienne są blazary w paśmie optycznym?

blazar - apod

Blazary są jednymi z najbardziej odległych, najjaśniejszych i nadal wciąż niezwykle enigmatycznych obiektów we Wszechświecie. Są szczególnym przypadkiem galaktyk aktywnych (tzw. AGN-ów). Powstające w okolicy ich centrów relatywistyczne, silnie skolimowane strugi plazmy (dżety) są skierowane dokładnie lub pod niewielkim kątem w stronę obserwatora - ku Ziemi. Taka konfiguracja sprawia, że obserwowany strumień promieniowania jest zdominowany przez dopplerowsko wzmocnioną emisję samego dżetu, przyćmiewając tym samym praktycznie całkowicie światło z galaktyki macierzystej.

Obserwowany strumień emisji charakteryzuje się silnią zmiennością na wszystkich długościach fali, w skalach czasowych od pojedynczych minut aż po dekady, a w części radiowej i optycznej również zmianami w polaryzacji. Ponieważ zmienność rzędu godzin czy minut wymaga istnienia źródła emisji o bardzo niewielkim rozmiarze, pociąga to za sobą ograniczenie na jego lokalizację do rejonu w pobliżu podstawy dżetu.

Widmo obserwowanej emisji blazara jest niemal całkowicie nietermiczne i wyraźnie podzielone na dwa sektory. Pierwszy, rozciągający się od zakresu radiowego po miękkie promieniowanie rentgenowskie, jest skojarzony z promieniowaniem synchrotronowym, emitowanym podczas ruchu naładowanych cząstek w polu magnetycznym. Pochodzenie emisji w drugim, wysokoenergetycznym sektorze widma (twarde promieniowanie rentgenowskie i gamma) jest wciąż dyskusyjne. Jak dotąd najbardziej popularne interpretacje skłaniają się ku odwrotnemu zjawisku Comptona (komptonizacji fotonów tła przez wysokoenergetyczne elektrony) bądź procesom hadronowym jako zjawiskom stojącym u podłoża tej emisji.

 

Na wykresie: Ewolucja indeksów spektralnych w funkcji strumienia w filtrze V dla blazara OJ 287 (złożenie 8 kilkugodzinnych danych zebranych w okresie luty 2014 – kwiecień 2016). Źródło: M. Pasierb et al./OA UJ



Jednakże stwierdzenie, jakie mechanizmy są odpowiedzialne za przyspieszanie cząstek do tak wysokich energii, wymaga dokładniejszej wiedzy m.in. o strukturze pola magnetycznego, które jest jak gdyby wtopione w dżet i odgrywa w jego ekspansji kluczową rolę. Pozyskanie obserwacji dostarczających informacji zarówno o ewolucji strumienia promieniowania na danej (i najlepiej więcej niż jednej) długości fali, jak i o stopniu i orientacji wektora polaryzacji, jest tu ogromnie istotne.

W omawianej pracy przeanalizowano wyselekcjonowaną próbkę 8 jasnych w zakresie optycznym blazarów. Wykorzystano zarówno obserwacje fotometryczne zebrane przez naziemne teleskopy optyczne, zlokalizowane w Polsce, Indiach oraz Turcji (w co najmniej dwóch filtrach, co pozwoliło na dalszym etapie wyznaczyć indeks spektralny), jak i dane polarymetryczne pochodzące z oddzielnych instrumentów - z Japonii oraz Rosji. Ze względu na nieprzewidywalne i bardzo zmienne warunki pogodowe, otrzymanie dobrych jakościowo i pokrywających się w czasie obserwacji fotometrycznych i polarymetrycznych zawsze było i jest dużym wyzwaniem. W tym wypadku udało się otrzymać kilka takich jednoczesnych obserwacji.

Wyniki obliczeń pokazują, że nie tylko obserwowany strumień promieniowania, ale też polaryzacja czy indeks spektralny wykazują w wielu przypadkach statystyczną zmienność w czasie. Oszacowany cykl zmienności 8 blazarów nie odbiega od wartości przewidywanej na podstawie innych badań i jest na poziomie 40% (jest to stosunek ilości obserwacji, podczas których źródło wykazywało potwierdzoną statystycznie zmienność, do ilości wszystkich obserwacji w danym filtrze).

W badaniach sprawdzono istnienie wszelkich możliwych korelacji w przestrzeniach strumienia, stopnia i kąta polaryzacji, a także zbadano ewolucję otrzymanych indeksów spektralnych w funkcji strumienia, aby dowiedzieć się więcej na temat możliwych mechanizmów przyspieszania cząstek, leżących u podstaw obserwowanej w skali godzinnej zmienności blazarów. Wyniki tych porównań i duża różnorodność obserwowanych trendów w płaszczyznach strumień-stopień polaryzacji czy strumień-indeks spektralny wskazują na bardzo złożoną naturę tej zmienności. Natura ta może zostać przybliżona poprzez przyjęcie odpowiedniego modelu emisji, nie mniej wybór ten często nie jest jednoznaczny.

Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii oraz Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego.



Czytaj więcej:
 

 

Źródło: OA UJ

Na ilustracji powyżej: Blazar - wizja artystyczna emisji dżetu. Źródło: NASA/APOD