Переменность блазара раскрывает подробности о его природе

Активные ядра галактик (AGN) представляют собой сверхмассивные черные дыры, расположенные в центрах галактик, которые активно аккрецируют материал. Эти AGN испускают узкие потоки заряженных частиц, называемые джетами, которые движутся со скоростями, близкими к скорости света, перенося огромные количества энергии от центральной области окрестностей черной дыры и интенсивно излучая в различных диапазонах электромагнитного спектра. Блазары представляют собой экстремальные примеры AGN, отличающиеся тем, что их коллимированные джеты направлены прямо в сторону Земли.

Джеты блазаров демонстрируют два максимума излучения: один – в диапазоне длин волн от радио- до рентгена (результат ускорения заряженных частиц), а другой – в диапазоне экстремально коротких волн, обычно высокоэнергетического гамма-излучения (относимый, причем подчас на спорных основаниях, на счет комптоновского рассеяния фотонов излучения, идущего от внешних источников, на заряженных частицах, входящих в состав джетов). Интенсивность излучения блазара во всех этих диапазонах демонстрирует глубокие и слабо поддающиеся прогнозированию изменения. Поэтому многоволновые наблюдения блазаров на протяжении длительного времени совместно с моделированием возникновения вспышек и других проявлений изменчивости представляют собой ценный способ изучения многочисленных физических процессов, протекающих в системах этих редких объектов.

В новом исследовании астрономы, возглавляемые Марком Гурвеллом (Mark Gurwell) из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, США, проследили изменения яркости излучения блазара CTA102 за период с 2013 по 2017 гг. в обширной части электромагнитного спектра, начиная от радио- и вплоть до гамма-излучения, в частности, используя радиотелескоп Submillimeter Array для измерения интенсивности критически важного миллиметрового и субмиллиметрового радиоизлучения.

Переменность блазара CTA102 была впервые открыта в 1992 г. В 2016 г. активность источника CTA102 в экстремально высокоэнергетической части гамма-диапазона резко возросла на несколько недель, с соответствующим изменением уровня излучения в других диапазонах. В декабре минувшего 2019 г. на нем была замечена вспышка с увеличением яркости более чем в 250 раз, по сравнению с базовым состоянием данного блазара. Для объяснения этой вспышки было предложено несколько физических механизмов, один из которых предполагает изменения геометрической ориентации джетов. В новом исследовании команда Гурвелла замечает, что, поскольку эти два максимума интенсивности излучения связаны с двумя отдельными процессами с различными геометрическими характеристиками, то этот факт может быть использован для тестирования «геометрического» сценария. Например, потоки гамма- и видимого излучения образуются в результате движения одних и тех же частиц в составе джетов, а потому должны демонстрировать тесную корреляционную взаимосвязь.

В своей работе астрономы проанализировали все доступные данные по переменности блазара CTA102 за период с 2013 по 2017 гг. В результате проведенного анализа исследователи пришли к выводу, что долгосрочные изменения интенсивности потока излучения и эволюция его спектрального состава могут быть непосредственно объяснены неоднородными, искривленными джетами, изменяющими ориентацию в пространстве.

Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.