|
Проверка теории черных дыр с помощью блазаров
|
|
|
|
Более сотни блазаров — далеких и активных галактик со сверхмассивной черной дырой в центре, которая приводит в движение мощные струи, — были недавно охарактеризованы исследователями штата Пенсильвания на основе каталога ранее не классифицированных высокоэнергетических космических излучений. Новые блазары, более тусклые по сравнению с более типичными блазарами, позволили исследователям проверить спорную теорию эмиссии блазаров, информируя наше понимание роста черных дыр и даже теорий общей теории относительности и физики частиц высоких энергий. Статья, описывающая блазары и теорию, была принята к публикации в The Astrophysical Journal, а принятая рецензируемая версия появилась онлайн на сервере препринтов arXiv. Сверхмассивные черные дыры могут быть в миллионы или миллиарды раз тяжелее нашего Солнца. В некоторых случаях материя за пределами горизонта событий черной дыры выбрасывается в виде струи, разгоняясь почти до скорости света и посылая выбросы по всей Вселенной. Когда струя направлена прямо на Землю, такую систему обычно называют блазаром.
|
|
|
|
«Поскольку струя блазара направлена прямо на нас, мы можем видеть их гораздо дальше, чем другие системы черных дыр, подобно тому, как фонарик кажется самым ярким, когда вы смотрите прямо на него», — сказал Стивен Керби, аспирант. в астрономии и астрофизике в штате Пенсильвания и первый автор статьи. «Блазары интересно изучать, потому что их свойства позволяют нам ответить на вопросы о сверхмассивных черных дырах по всей Вселенной. В этом исследовании мы использовали относительно новые методы, чтобы охарактеризовать 106 тусклых блазаров и проверить предсказания спорной теории, называемой «последовательностью блазаров». "Блазары излучают свет во всем электромагнитном спектре, от длин волн с более низкой энергией, таких как радио, инфракрасный и видимый свет, до длин волн с более высокой энергией, таких как рентгеновские лучи и гамма-лучи. Когда астрономы изучают наблюдения этих излучений, они обычно видят два широких пика, один для гамма-лучей, а другой для длин волн с меньшей энергией.
|
|
|
Длины волн и интенсивность этих пиков варьируются от блазара к блазару и со временем. Всеобъемлющая теория блазаров, определяемая «последовательностью блазаров», предсказывает, что пик с более низкой энергией для более ярких блазаров в среднем будет более красным — с более низкой энергией — чем у более тусклых блазаров, в то время как пик с более низкой энергией для тусклых блазаров будет синее — более высокая энергия. «Некоторые из самых захватывающих и экстремальных блазаров обнаруживаются путем обнаружения их гамма-излучения, но мы обычно не можем классифицировать или понять эти объекты без дальнейших многоволновых наблюдений», — сказал Эйб Фальконе, профессор астрономии и астрофизики и руководитель группа астрофизиков высоких энергий в Пенн Стейт.
|
|
|
|
«С нашими ныне действующими телескопами на самом деле очень сложно обнаружить и классифицировать низкоэнергетические пиковые — красные — блазары, которые также тусклые, тогда как гораздо легче найти эти блазары, когда их пики находятся на более высоких энергиях или когда они яркие. Таким образом, с этим исследованием мы минимизируем систематическую ошибку отбора и изучаем последовательность блазаров, углубляясь в более низкие светимости как низкоэнергетических, так и высокоэнергетических остроконечных блазаров». Исследователи вместе с Аманпритом Кауром, младшим профессором астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете во время исследования, ранее идентифицировали потенциальные блазары из каталога источников гамма-излучения, обнаруженных телескопом большой площади Ферми, многие из которых еще не были обнаружены. были объединены с более низкими выбросами энергии, которые могли исходить из того же источника.
|
|
|
|
Затем для каждого из блазаров исследователи идентифицировали соответствующие излучения в рентгеновском, ультрафиолетовом и оптическом диапазонах, обнаруженные обсерваторией Нила Герелса Свифта, чей Операционный центр миссии расположен в штате Пенсильвания, а также в инфракрасном и радиоизлучении на основе архивных данных. . Перекрестная ссылка на информацию в конечном итоге позволила исследователям охарактеризовать спектры 106 новых тусклых блазаров. «Наблюдения телескопа Swift позволили нам точно определить положение этих блазаров с гораздо большей точностью, чем с помощью одних только данных Ферми», — сказал Керби. «Объединение всех этих данных об эмиссии в сочетании с двумя новыми техническими подходами помогло нам определить, где в электромагнитном спектре возникает низкоэнергетический пик для каждого из блазаров, что, например, может предоставить информацию о силе магнитного поля джета. поля, как быстро движутся заряженные частицы и другую информацию».
|
|
|
|
Чтобы определить, где этот пик возник для тусклых блазаров, исследователи использовали подходы машинного обучения и прямой физической подгонки, каждый из которых, по словам Керби, имеет свои преимущества и недостатки. Подход машинного обучения отфильтровывает излучения, которые на самом деле могут быть шумом, например, от пыли в галактике или света от других звезд. Подход с прямой физической подгонкой не отфильтровывает шум и значительно сложнее в использовании, но обеспечивает более подробные свойства блазарной струи. «Для обоих подходов излучение нашей выборки тусклых блазаров обычно достигает пика в синем свете с более высокой энергией, хотя подход к подгонке дает менее экстремальные значения», — сказал Керби.
|
|
|
|
«Это согласуется с последовательностью блазаров и расширяет то, что мы знаем об этой закономерности. Тем не менее, существует еще тысяча неассоциированных источников Ферми, для которых мы не нашли аналога в рентгеновском излучении, и можно с уверенностью предположить, что многие из этих источников также блазары, которые слишком тусклые в рентгеновском излучении, чтобы мы могли их обнаружить. Мы можем использовать уроки, которые мы узнали здесь о форме спектров этих блазаров, чтобы делать предсказания о блазарах, которые все еще слишком тусклые, чтобы мы могли их обнаружить, что позволит дополнительно проверить последовательность блазара».
|
|
|
|
Каталог новых блазаров доступен для подробного изучения другими астрономами. «Важно всегда работать над расширением наших наборов данных, чтобы охватить все более и более тусклые источники, потому что это делает наши теории более полными и менее подверженными сбоям из-за неожиданных предубеждений», — сказал Керби. «Я очень рад, что в будущем новые телескопы смогут исследовать еще более тусклые блазары». По словам исследователей, изучение сверхмассивных черных дыр также дает уникальный способ понять физические теории Вселенной. «Сверхмассивные черные дыры и их окружение — это космические лаборатории, которые обладают гораздо большей энергией, чем все, что мы можем произвести в ускорителях частиц на Земле», — сказал Фальконе. «Они дают нам возможность изучить теории относительности, лучше понять, как ведут себя частицы при высоких энергиях, изучить потенциальные источники космических лучей, прибывающих на Землю, а также изучить эволюцию и формирование сверхмассивных черных дыр и их струй. "
|
|
|
|
Источник
|
