🚀 Релятивістський Радіоджет

Релятивістське підсилення Доплера збільшує спостережуваний потік від релятивістського джета, спрямованого до спостерігача. Фактор Доплера δ = 1/(γ(1−β·cos θ)) може бути дуже великим для малих кутів, підсилюючи потік у δ^(3+α) разів.

Надсвітловий рух — це оптична ілюзія, за якої компоненти джета здаються рухомими швидше за світло, коли джет спрямований близько до лінії зору. Уявна швидкість β_app = β·sin θ/(1−β·cos θ) може перевищувати c.

Джети AGN мають фактори Лоренца γ зазвичай від 5 до 50 (β = від 0,98 до 0,9998). Найекстремальніші блазари мають γ > 50, що робить їх надзвичайно яскравими через підсилення Доплера.

Джети AGN запускаються обертанням надмасивної чорної діри в центрі галактики через механізм Бландфорда-Знаєка, коли лінії магнітного поля, що пронизують ергосферу, витягують обертальну енергію. Джет колімується магнітним тиском і напругою обруча.

Блазар — це AGN, релятивістський джет якого спрямований майже прямо на Землю. Екстремальне підсилення Доплера робить блазари дуже яскравими й мінливими на всіх довжинах хвиль. Об'єкти типу BL Lacertae та плоскоспектральні радіоквазари (FSRQ) — два основні класи блазарів.

Контр-джет (що рухається від нас) послаблюється Доплером, здаючись значно тьмянішим. Співвідношення яскравості між джетом, що наближається, та тим, що віддаляється, становить [(1+β·cosθ)/(1−β·cosθ)]^(3+α), що може досягати тисяч разів для сильно релятивістських джетів.

Максимальна уявна швидкість β_app = γβ досягається при куті θ_opt = arcsin(1/γ) ≈ arctan(1/(γβ)). Для γ=10 це приблизно 6°. При цьому куті уявна швидкість дорівнює γ разів швидкості світла.

Радіоінтерферометрія з наддовгою базою (VLBI) поєднує радіотелескопи по всій Землі для досягнення кутової роздільної здатності в мілісекунди дуги. Це дозволяє астрономам безпосередньо зображати джети AGN та вимірювати їхній власний рух між спостереженнями, розділеними роками, виявляючи надсвітловий уявний рух.

Спектральний індекс α описує залежність випромінювання джета від частоти: S ∝ ν^(-α). Оптично тонке синхротронне випромінювання має α ≈ 0,5-0,8. Потік, підсилений Доплером, масштабується як S_obs = S_em·δ^(3+α) для рухомого згустку або S_obs = S_em·δ^(2+α) для безперервного джета.

Через релятивістське підсилення Доплера джет, що наближається, надзвичайно яскравіє, тоді як контр-джет, що віддаляється, тьмяніє нижче порогу виявлення. Для β=0,9 і θ=30° співвідношення яскравості джет/контр-джет перевищує 1000:1, роблячи контр-джет практично невидимим.

Фактор Доплера δ = 1/(γ(1−β·cosθ)) надзвичайно чутливий до θ, коли джет спрямований близько до лінії зору — невеликі зміни кута поблизу θ_opt = arcsin(1/γ) змінюють підсилення на порядки, що масштабування яскравості в симуляції робить видимим миттєво.

Це δ, піднесене до степеня (3+α) — фактор, на який спостережуваний потік рухомого згустку підсилюється або пригнічується відносно його випромінювання у власній системі відліку — саме це число визначає, наскільки яскраво відображаються згустки джета, що наближається, на полотні.

Контр-джет використовує ту саму формулу зі зміненим знаком, δ_cj = 1/(γ(1+β·cosθ)), яка зменшує, а не збільшує значення — для стандартних налаштувань γ=10, θ=15° співвідношення джет/контр-джет легко досягає кількох сотень до одного.

β_app = β·sinθ/(1−β·cosθ) досягає піку при θ_opt = arcsin(1/γ), де вона дорівнює γβ. Спробуйте перетягнути θ близько до цього значення для обраного γ, щоб побачити, як показник уявної швидкості досягає своєї стелі.

Так — базові формули відповідають тим, що використовують для інтерпретації зображень блазарів і квазарів, отриманих за допомогою радіоінтерферометрії з наддовгою базою (VLBI), де астрономи відстежують позиції згустків протягом років, щоб виміряти реальний власний рух і визначити γ та θ.