Astrophysical jet

Astrophysical jet

Astrofyzikální výtrysk je astronomický jev, kdy výrony ionizované hmoty jsou emitovány jako prodloužený paprsek podél osy rotace. Když se tato značně zrychlená hmota v paprsku přiblíží rychlosti světla , astrofyzikální výtrysky se stanou relativistickými výtrysky , protože vykazují efekty speciální teorie relativity.

Tvorba a napájení astrofyzikálních výtrysků jsou vysoce komplexní jevy, které jsou spojeny s mnoha typy vysokoenergetických astronomických zdrojů. Pravděpodobně vznikají z dynamických interakcí v rámci akrečních disků , jejichž aktivní procesy jsou běžně spojeny s kompaktními centrálními objekty, jako jsou černé díry , neutronové hvězdy nebo pulsary . Jedním z vysvětlení je, že spletitá magnetická pole jsou organizována tak, aby nasměrovala dva diametrálně opačné paprsky od centrálního zdroje pod úhly širokými pouze několik stupňů (cca > 1 %). Výtrysky mohou být také ovlivněny obecným efektem relativity známým jako přetahování snímků.

Většina největších a nejaktivnějších výtrysků je vytvořena supermasivními černými dírami (SMBH) v centru aktivních galaxií , jako jsou kvasary a rádiové galaxie , nebo v galaktických kupách. Délka takových výtrysků může přesáhnout miliony parseků. Mezi další astronomické objekty, které obsahují výtrysky, patří kataklyzmatické proměnné hvězdy , rentgenové dvojhvězdy a gama záblesky (GRB). Výtrysky v mnohem menším měřítku (~parseky) lze nalézt v hvězdotvorných oblastech včetně hvězd T Tauri a objektů Herbig-Haro; tyto objekty jsou částečně tvořeny interakcí výtrysků s mezihvězdným prostředím . Bipolární výrony mohou být také spojeny s protohvězdami nebo s vyvinutými hvězdami po AGB , planetárními mlhovinami a bipolárními mlhovinami.

Relativistické výtrysky

Pohled na supermasivní černou díru M87* v polarizovaném světle, pořízený dalekohledem Event Horizon Telescope . Směr čar na vrcholu celkové intenzity označuje polarizační orientaci, ze které lze určit strukturu magnetického pole kolem černé díry.

Relativistické výtrysky jsou paprsky ionizované hmoty urychlené blízko rychlosti světla. Většina z nich byla pozorováním spojena s centrálními černými dírami některých aktivních galaxií , rádiovými galaxiemi nebo kvasary a také s galaktickými hvězdnými černými dírami , neutronovými hvězdami nebo pulsary . Délky paprsků se mohou pohybovat mezi několika tisíci, stovkami tisíc nebo miliony parseků.Rychlosti výtrysku při přibližování se k rychlosti světla vykazují významné účinky speciální teorie relativity ; například relativistické paprskykterá mění zdánlivý jas paprsku.

Eliptická galaxie M87 vyzařující relativistický jet, jak ji viděl Hubbleův vesmírný dalekohled

Masivní centrální černé díry v galaxiích mají nejvýkonnější výtrysky, ale jejich struktura a chování jsou podobné jako u menších galaktických neutronových hvězd a černých děr . Tyto systémy SMBH se často nazývají mikrokvasary a vykazují velký rozsah rychlostí. Například proud SS 433 má střední rychlost 0,26 c. Relativistická tvorba výtrysku může také vysvětlit pozorované gama záblesky.

Mechanismy za složením výtrysků zůstávají nejisté, ačkoli některé studie upřednostňují modely, kde výtrysky jsou složeny z elektricky neutrální směsi jader , elektronů a pozitronů , zatímco jiné jsou v souladu s výtrysky složenými z pozitron-elektronového plazmatu. Očekává se, že stopová jádra zametená v relativistickém pozitronově-elektronovém jetu budou mít extrémně vysokou energii, protože tato těžší jádra by měla dosáhnout rychlosti rovné rychlosti pozitronu a elektronu.

Rotace jako možný zdroj energie

Kvůli obrovskému množství energie potřebné ke spuštění relativistického výtrysku jsou některé výtrysky pravděpodobně poháněny rotujícími černými dírami . Frekvence vysokoenergetických astrofyzikálních zdrojů s tryskami však naznačuje kombinace různých mechanismů nepřímo identifikovaných s energií v přidruženém akrečním disku a rentgenovými emisemi z generujícího zdroje. K vysvětlení, jak může být energie přenesena z černé díry do astrofyzikálního výtrysku, byly použity dvě rané teorie:

• Blandford-Znajek proces.Tato teorie vysvětluje extrakci energie z magnetických polí kolem akrečního disku, která jsou vlečena a kroucena rotací černé díry. Relativistický materiál je pak proveditelně spuštěn zpřísněním siločar.
• Penrosův mechanismus . Zde je energie extrahována z rotující černé díry tažením snímku , u kterého bylo později teoreticky prokázáno, že je schopné extrahovat energii a hybnost relativistických částic a následně se ukázalo, že jde o možný mechanismus pro tvorbu jetů. Tento efekt lze také vysvětlit pomocí gravitoelektromagnetismu .

Relativistické výtrysky z neutronových hvězd

Pulsar IGR J11014-6103 s původem zbytků supernovy, mlhovinou a výtryskem

Výtrysky lze také pozorovat z rotujících neutronových hvězd. Příkladem je pulsar IGR J11014-6103 , který má dosud největší jet pozorovaný v Mléčné dráze a jehož rychlost se odhaduje na 80 % rychlosti světla (0,8 c ). Byla získána rentgenová pozorování, ale nebyl zjištěn žádný rádiový podpis ani akreční disk.Původně se předpokládalo, že se tento pulsar rychle otáčí, ale pozdější měření ukazují, že rychlost rotace je pouze 15,9 Hz.Tak pomalá rychlost rotace a nedostatek akrečního materiálu naznačují, že výtrysk není poháněn ani rotací ani akrecí, ačkoli se zdá být zarovnán s rotační osou pulsaru a kolmý ke skutečnému pohybu pulsaru.