Ученые СПбГУ помогли раскрыть тайну мощной вспышки блазара CTA 102

Международная группа астрофизиков раскрыла тайну мощной вспышки блазара CTA 102, зафиксированной в декабре 2016 года.

Ученые обнаружили, что амплитуда и продолжительность таких вспышек зависит не только от физических параметров излучающей области, но и в первую очередь от геометрических характеристик джета — струи плазмы, которая вырывается из центра блазара, где располагается сверхмассивная черная дыра. В исследовании, результаты которого сегодня опубликованы в журнале Nature, приняли участие астрофизики Санкт-Петербургского государственного университета, ученые Пулковской и Крымской обсерваторий.

Блазары — одни из самых высокоэнергетических объектов во Вселенной, активные ядра галактик, которые производят широкий спектр излучения и испускают релятивистский поток частиц, направленный в сторону Земли. За несколько десятков лет изучения этих объектов ученые установили, что блазары демонстрируют мощную переменность излучения. Изучение характеристик переменности на различных участках электромагнитного спектра — от жесткого гамма-излучения до радиоволн — позволяет лучше понять механизм образования самого излучения, а также физические и кинематические условия как вблизи черной дыры, так и в сотнях световых лет от нее.

Особый интерес для ученых представляют кратковременные периоды в жизни блазара, когда наблюдаются такие вспышки излучения, при которых светимость объекта за несколько дней возрастает в сотни раз. Астрономы используют эти моменты как «увеличительное стекло», позволяющее заглянуть в недоступные внутренние области джета. Один из таких эпизодов в истории блазара CTA 102, который 28 декабря 2016 года стал ярчайшим из тысяч известных сегодня блазаров, подробно проанализирован в статье Blazar spectral variability as explained by a twisting inhomogeneous jet.

В исследовании представлены результаты наблюдений, выполненных на 39 телескопах 28 обсерваторий 15 стран. В проекте приняли участие астрофизики Санкт-Петербургского университета, ученые Пулковской и Крымской обсерваторий. В опубликованной статье проанализированы данные от оптического до радиодиапазона.

Мы обнаружили, что изменения в разных длинах волн происходят не синхронно. Так, во время вспышки CTA 102 в 2012 году радиоизлучение запаздывало относительно оптического, а в 2016 году ситуация была обратной — радиоизлучение предшествовало гигантской вспышке.

Заведующий лабораторией наблюдательной астрофизики СПбГУ Валерий Ларионов

По словам ученого, это свидетельствует о том, что излучение в данных диапазонах возникает в пространственно разделенных частях джета. Кроме того, подчеркивает астрофизик, сам джет искривлен (в первом приближении он имеет спиралевидную структуру) и постоянно меняет свою ориентацию в пространстве. В те моменты, когда угол между лучом зрения и областью, излучающей в данной длине волны, минимален, наблюдается максимальное усиление сигнала, которое мы видим как вспышку. Это свидетельствует о том, что по крайней мере у части блазаров основным фактором, определяющим амплитуду и продолжительность вспышек, являются изменения геометрических характеристик джета, а не физических параметров излучающих областей.

Международные наблюдательные проекты, использующие все возможности наземных и космических телескопов, позволят сделать выбор между конкурирующими теоретическими моделями структуры и физики активных ядер галактик и, в частности, блазаров, считает профессор Ларионов.

Напомним, что в 2017 году ученые-астрофизики СПбГУ приступили к реализации проекта «Структура и эволюция активных ядер галактик» в рамках гранта Российского научного фонда. Основным направлением работы ученых является многоволновое (от гамма-лучей до радиодиапазона) исследование блазаров. Исследователи сопоставляют параметры вспышек блазаров на различных длинах волн для определения положения излучающих во время вспышек областей по отношению к «центральной машине» (сверхмассивной черной дыре в центре галактики) и механизмов, ответственных за гамма-излучение.