Слово «джет» означает «струя» (англ. jet). Это может быть струя воды, пара, газа или плазмы. Общим для всех джетов является то, что джет зарождается в области с повышенной плотностью энергии и движется из этой области по пути наименьшего сопротивления. Запомним это.
Космические джеты зарождаются в активных ядрах галактик. Здесь речь пойдёт о стационарных космических джетах, самый известный из которых – джет гигантской эллиптической галактики М87, чаще называемой Персей А по созвездию, в котором она наблюдается. На (рис.1) показано её изображение.
Рис. 1
Джет галактики М87 был открыт ещё в 1918 году. Одиночность джета удивяла, так как теоретически должно было быть два симметричных джета, истекающих из ядра в противоположных направлениях. И действительно, вторая струя, симметричная первой, была недавно открыта в радиодиапазоне. То, что излучения из струй получены в разных волновых диапазонах (оптический и радио), объясняется направлением движения вещества в джетах: в одной струе к нам, в другой – от нас. Поэтому излучение из струй в одном случае смещено в фиолетовую сторону, а другом – в красную. А поскольку вещество в струях движется с релятивистской скоростью, смещения получилсь очень большими.
Стационарные джеты – долгожители, в отличие от джетов гамма-всплесков, живущих доли секунды,. Здесь мы поговорим о природе именно стационарных джетов. Очевидно, что стационарные джеты порождаются не взрывным, а каким-то постоянно действующим устойчивым процессом. Раньше считалось, что падающий (аккрецирующий) на галактику газ образует вокруг галактики аккреционный диск, в котором слои вещества трутся друг о друга и, замедляясь, падают на поверхность чёрной дыры, находящейся в центре галактики. А чёрная дыра выбрасывает «лишнее» вещество в виде двух джетов.
Такое представление просуществовало почти сто лет, до запуска в июле 2011 года российского научного космического аппарата «Спектр-Р» в международном космическом проекте Радиоастрон (рис.2)
Рис. 2
Тогда впервые за всю историю астрономических наблюдений стало понятно, что бытовавшие у физиков представления о джетах не соответствуют действительности: во-первых, джеты слишком узкие, во-вторых, слишком быстрые, и в-третьих, они гораздо ярче, чем считали ранее. Это значит, что сложившееся к настоящему времени представление о порождении джетов аккреционным диском галактики, требует пересмотра. В 2016 году с помощью «Радиоастрона» были измерены «сопла» джетов, то есть те места, где они визуально возникают. Диаметр сопла джета оказался порядка одного светового года. Вот как охарактеризовано это открытие в статье «Загадка физики - джеты, или струи плазмы в ядрах галактик» :
«С помощью «Радиоастрона» были измерены «сопла» джетов, то есть тех мест, где они возникают. Получилось примерно треть парсека, то есть почти световой год. Отсюда, кстати, следует, что научно-популярные рисунки, на которых из полюсов черной дыры вырываются резкие плазменные струи, — чистой воды художественная фантазия. Если верно отмасштабировать ширину струи, то саму дыру и даже «бублик» аккреционного диска вокруг нее будет просто не разглядеть. …поскольку длина джета может превышать миллион световых лет, в космических пространствах это тонюсенькая ниточка».
В связи с этим возникает вопрос – почему на фотографии галактики М87 джет не выглядит «тонюсенькой ниточкой»? Длина джета М87 оценена в 5 тысяч световых лет. Значит толщина джета (световой год) должна быть приблизительно в пять тысяч раз тоньше его длины. Но ведь на фотографии галактики М87 это явно не так. Причина несоответствия объясняется ориентацией галактики по отношению к наблюдателю: видимый джет направлен почти прямо на наблюдателя (рис.3)
Рис. 3
Джет М87 кажется коротким по той же причине, по которой тени в полдень короткие.
Итак, измернный в 2016 году диаметр сопла джета был порядка одного светового года, а в 2019 году поступило уточнение, что у самого основания джет очень широкий, как аккреционное кольцо.
Так как же на самом деле – на выходе струя очень тонкая, или очень широкая? И как направлено магнитное поле по отношению к джету – вдоль джета, или вокруг джета?
Кроме того, в статье отмечаются ещё ряд необъяснимых с сегодняшних позиций явлений, в частности такие:
1.Экстремально большую яркость квазаров - ядер активных галактик, которая в несколько десятков раз превышает теоретически допустимую. Известные сегодня механизмы не позволяют объяснить причины поддержания аномальной яркости.
2. Нестабильности в плазменных выбросах квазаров.
3. Посередине джетов квазаров плазма движется со значительно более высокой скоростью, чем по краям.
Автор статьи Юрий Ковалев, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, отмечает: «Возможно существуют другие механизмы, которые могли бы это объяснить. В любом случае, согласованная картина нашего понимания природы излучения ядер квазаров рассыпалась».
Ответ, на мой взгляд такой. То, что угол наблюдения джета 18°, обясняет то явление, что кажется, будто струя стартует очень широкой. Ситуация здесь подобна показанной на рис.3. Наблюдатель видит под углом 18о и сам джет и аккреционный диск, который создаёт впечатление широкого основания джета.
Остальные три перечисленные выше явления также имеют объяснения, не требуюшие новых фантастических гипотез. Нужно только учесть два общеизвестных факта — аккрецию межгалактического газа на ядро галактики и наличие у спиральных и эллиптических галактик дипольного магнитного поля (рис.4), влияющего на направление аккреции.
Рис. 4
Согласно последним данным галактики окружены массивными гало с плотностью газа порядка
0,1 см-3, который и аккрецирует на ядро галактики.
Рассмотрим, как происходит аккреция в случае галактики, имеющей мощное дипольное магнитное поле. При аккреции заряженных частиц в магнитном поле их траектории напоминают спирали, закрученные вокруг магнитных линий. Но частицы аккрецирующего газа пребывают то в нейтральном состоянии, то в заряженном, так как при столкновениях их между собой и с частицами газа галактики они то ионизуются, то рекомбинируют, вновь становясь нейтральными. Процесс ионизации-рекомбинации происходит с очень высокой частотой. Поэтому приблизительно половину времени аккрецирующие частицы газа пребывают в нейтральном состоянии. В период нейтральности, ускорение частиц направлено к центру галактики. Это приводит к тому, что газ, аккрецирующий в плоскости экватора, образует аккреционный диск. Остальной же газ, начиная движение с различных направлений, в глубоких слоях галактики собирается магнитным полем в два узких жгута плазмы, движущихся к цетру галактики со скоростью, близкой к скорости света (рис.5а).
Рис. 5
Для этих узких жгутов газа создаётся природный аналог адронного коллайдера — ускорителя на встречных пучках. Явления, характерные для земных адронных коллайдеров, будут иметь место и в данном случае, но только в космических масштабах. При столкновении встречных пучков плазмы образуется антиматерия, подобно тому, как это происходит в БАК. Для того, чтобы вспыхнул процесс аннигиляции, достаточный по мощности для образования стационарного джета (рис.4б), масса галактики должна быть очень большой, а магнитное поле очень мощным. Именно по этой причине далеко не у кажой галактики можно наблюдать джеты. В большинстве же случаев аннигиляция просто вызовет повышенную активность ядра галактики.
Несложный расчёт показывает, что при условии полной аннигиляции аккрецирующего газа в галактике М87 выделяется энергия порядка 1040 эрг/с, что соответствует тысячной доле полной энергии излучения галактики Млечный Путь за одну секунду. Это колоссальная энергия.
Есть ещё одно соображение, свидетельствующее в пользу того, что джет порождается аннигиляцией аккрецирующего газа. Как уже было отмечено, джет зарождается в области с повышенной плотностью энергии и движется из этой области по пути наименьшего сопротивления. Материя джета представляет собой высокоионизованную плазму. А плазма беспрепятственно может перемещаться только вдоль магнитных линий. Следовательно, струя джета будет направлена по оси галактики навстречу аккрецирующему газу. Это должно вызвать в плазме джета сильную турбулентность, что и видно на рис.1 невооружённым глазом.
Наблюдениями установлено, что вырвавшиеся струи плазмы рассеиваются на расстоянии тысяч световых лет от места своего рождения, образуя гигантские радиоизлучающие облака. Их называют также «радиоуши». Радиоуши чисто визуально напоминают клубящиеся облака пыли (рис.6). Очевидно, что там происходит интенсивная турбулентность газа и пыли, и достоверно установлено, что оттуда идёт мощное радиоизлучение.
Рис.6 Радиоуши эллиптической галактики NGC 1316 (Печь А)
Это интересно
0
|
|||
Последние откомментированные темы:
-
Физик заявил, что на Земле живут миллионы пришельцев
(4)
TatiKa
,
26.02.2022
-
Британский ученый призывает к освоению Нептуна и Урана
(4)
фм+/
,
14.02.2022
-
NASA наймет теологов для выполнения необычного задания
(6)
TatiKa
,
10.02.2022
-
Сан-Марино может стать новой «Женевой НЛО»
(4)
фм++)
,
11.01.2022
-
Стивен Хокинг предсказал появление коронавируса
(2)
TatiKa
,
19.11.2021
-
Итальянский физик-теоретик: наша реальность – это «игра квантовых зеркал»
(5)
TatiKa
,
15.11.2021
-
Как «поет» Солнце и звучат другие объекты космоса
(4)
TatiKa
,
29.10.2021
-
Следы мифической планеты в вавилонских текстах
(2)
TatiKa
,
26.09.2021
-
Астрономы будут искать технологии, созданные внеземными цивилизациями
(3)
TatiKa
,
26.09.2021
20240425082006