Астрофизики определили, как узнать природу света квазара по его поляризации

Российские астрофизики обнаружили, как определить происхождение и природу света квазара по его поляризации. Новый подход аналогичен тому, как очки в кино создают трехмерное изображение, направляя в каждый глаз свет определенной поляризации, горизонтальной или вертикальной.

Ученым удалось различить свет, исходящий от разных частей квазаров — их дисков и струй, — через различные поляризации.

Активные галактические ядра, также известные как квазары, представляют собой массивные черные дыры с материей, вращающейся вокруг них. Они испускают две противоположно направленные струи плазмы (джеты), вылетающие в космос со скоростью, близкой к скорости света.

У любой массивной черной дыры есть материя, вращающаяся вокруг нее, медленно падающая к ней и излучающая свет. Она формирует то, что известно как аккреционный диск. Из-за механизма, который еще не полностью понят, часть материала, приближающаяся к черной дыре, не падает в нее.

Он ускоряется до огромных скоростей и выталкивается вдоль оси вращения черной дыры в виде двух симметричных струй горячей плазмы. Когда наблюдается квазар, излучение, получаемое телескопом, исходит от струй, аккреционного диска, а также от звезд, пыли и газа в домашней галактике квазара.

Для изучения ядер галактик исследователи используют ряд телескопов. Предыдущие исследования показали, что части квазара излучают два разных вида света, технически называемых четко поляризованным светом.

Большинство телескопов работают в оптическом диапазоне и видят галактическое ядро ​​как крошечную далекую точку. Они не могут сказать, из какой части квазара исходит свет и куда направляется струя, если она является источником света. Все, что может сделать оптический телескоп, — это измерить поляризацию света, которая, как было показано, содержит подсказки о происхождении этого излучения.

Радиотелескопы предлагают намного лучшее разрешение и создают изображение, которое показывает направление струи. Однако эти телескопы не улавливают излучение в наиболее интересной центральной области, в которую входит аккреционный диск.

Поэтому астрофизики должны были объединить сильные стороны обоих типов телескопов для детального изучения квазаров.

Юрий Ковалев, который возглавляет Лабораторию фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной в МФТИ, сказал: «Тот факт, что реактивное излучение поляризовано, был известен. Мы объединили данные, полученные с помощью радио и оптических телескопов, и показали, что поляризация направлен вдоль струи. Вывод из этого заключается в том, что горячая плазма должна двигаться в магнитном поле, которое свернуто подобно пружине».

Но это еще не все. «Оказалось, что, измеряя поляризацию света, принимаемого телескопом, мы можем сказать, какая часть излучения пришла от струи, и определить ее направление», — сказал соавтор исследования Александр Плавин.

«Это аналогично тому, как трехмерные очки позволяют каждому глазу видеть различную картинку. Нет другого способа получить такую ​​информацию о диске и струе с помощью оптического телескопа».

Полученные данные важны для моделирования поведения черной дыры, изучения аккреционных дисков и понимания механизма, который ускоряет частицы почти до скорости света в активных ядрах галактики.

Y Y Kovalev et al. Optical polarization properties of AGNs with significant VLBI–Gaia offsets, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (2020). DOI: 10.1093/mnrasl/slaa008