Блазар как класс активных галактик¶

Блазар — класс активных ядер галактик, для которых характерны очень высокая и быстро меняющаяся светимость, компактный источник радиоизлучения и практически полное отсутствие заметных спектральных линий в оптическом диапазоне. Блазары относятся к числу самых мощных и переменных источников электромагнитного излучения во Вселенной и наблюдаются во всех диапазонах — от радио до гамма-лучей сверхвысоких энергий.

¶Место в классификации активных галактик

Блазары представляют собой подкласс активных галактических ядер (АЯГ), в которых излучение формируется в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры. Согласно общепринятой схеме объединения (унифицированной модели), различие между типами АЯГ во многом определяется ориентацией системы «чёрная дыра — аккреционный диск — релятивистская струя» относительно наблюдателя.

Ключевые классы:

• Радиогалактики и квазары — источники с протяжёнными радиолепестками; у квазаров в спектре видны яркие широкие линии.
• Блазары — источники, струя которых направлена почти точно на наблюдателя (угол между осью струи и лучом зрения обычно менее 10°).
• Сейфертовские галактики — активные ядра в спиральных галактиках, наблюдаемые под большими углами.

Блазары, в свою очередь, делятся на два основных типа:

Название «блазар» образовано от обозначения объекта BL Ящерицы (BL Lacertae) — первого отождествлённого источника такого типа.

¶История изучения

Объект BL Lacertae был известен как переменная «звезда» ещё с 1929 года. В 1968 году его отождествили с компактным радиоисточником, а затем выяснили, что это ядро далёкой галактики. В 1970-х годах сформировалось представление о классе объектов, объединяющем лацертиды и квазары с плоским радиоспектром; термин «блазар» предложил в 1978 году астрофизик Эдвард Шпигель. Крупный вклад в исследование внесли обзоры неба в радио- и гамма-диапазонах, в частности данные космических обсерваторий.

¶Физическая природа

Излучение блазара формируется в релятивистской струе — узком потоке плазмы, движущемся от чёрной дыры со скоростью, близкой к скорости света. Из-за релятивистского усиления (эффект Доплера в сочетании с аберрацией) излучение струи, направленной на наблюдателя, кажется в десятки и сотни раз ярче, чем при наблюдении сбоку. Это объясняет как огромную светимость, так и крайне малые видимые размеры источника.

Основной механизм излучения — синхротронное излучение релятивистских электронов в магнитном поле, дополняемое обратным комптоновским рассеянием. Именно поэтому блазары ярко светят в радиодиапазоне и в гамма-лучах.

¶Переменность и наблюдаемые свойства

Отличительная черта блазаров — переменность на всех масштабах времени:

• быстрые вспышки — изменения потока за часы и сутки;
• долговременные тренды — колебания за годы и десятилетия;
• коррелированные вспышки в разных диапазонах, хотя корреляции не всегда строгие.

Наблюдаются также кажущееся сверхсветовое движение компонентов струи, высокая и переменная поляризация радио- и оптического излучения, а в гамма-диапазоне — спектры с энергиями до тераэлектронвольт.

¶Методы наблюдений

Блазары исследуют комплексно:

• радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ) — позволяет различать структуру струи;
• оптические и инфракрасные телескопы — следят за поляризацией и переменностью;
• рентгеновские обсерватории — измеряют спектр синхротронного и комптоновского излучения;
• гамма-телескопы — регистрируют излучение сверхвысоких энергий.

Согласованные наблюдения в нескольких диапазонах (так называемые кампании многочастотного мониторинга) позволяют строить модели распределения энергии в струе.

¶Значение в астрофизике

Блазары важны по нескольким причинам. Они служат естественными лабораториями для изучения ускорения частиц до сверхвысоких энергий и поведения плазмы в экстремальных магнитных полях. Их гамма-излучение используется для оценки межгалактического фонового света: проходя через космос, фотоны высоких энергий взаимодействуют с реликтовым и оптическим излучением. Кроме того, блазары — удобные «стандартные свечи» для проверки моделей релятивистских струй и аккреции на сверхмассивные чёрные дыры.

¶Примеры

Среди наиболее изученных объектов — BL Lacertae, давший имя классу; Markarian 421 и Markarian 501, известные вспышками в гамма-диапазоне; 3C 279, знаменитый кажущимся сверхсветовым движением; PKS 2155-304. Эти источники регулярно наблюдаются международными коллаборациями.

¶Открытые вопросы

Несмотря на прогресс, ряд проблем остаётся нерешённым: механизмы ускорения частиц в струях, природа быстрой переменности, роль магнитного поля и состав плазмы. Дальнейшие наблюдения с более чувствительными гамма- и радиоинструментами должны уточнить эти вопросы.

Источники: обзорные работы по активным галактическим ядрам, материалы NASA/IPAC Extragalactic Database, публикации по унифицированной модели АЯГ, данные космических гамма-обсерваторий.