Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Kwiecień 2020

< poprzedni Archiwum następny >

Systematyczne badania mikrozmienności strumienia oraz polaryzacji blazarów w paśmie optycznym

Blazary są jednymi z najbardziej odległych, najjaśniejszych i nadal wciąż niezwykle enigmatycznych obiektów we Wszechświecie. Są one szczególnym przypadkiem galaktyk aktywnych (tzw. AGN-ów). Powstające w okolicy ich centrów relatywistyczne, silnie skolimowane strugi plazmy (dżety) są skierowane dokładnie lub pod niewielkim kątem w stronę obserwatora - ku Ziemi. Taka konfiguracja sprawia, że obserwowany strumień promieniowania jest zdominowany przez dopplerowsko wzmocnioną emisję samego dżetu, przyćmiewając tym samym praktycznie całkowicie światło z galaktyki macierzystej.

Obserwowany strumień emisji charakteryzuje się silnią zmiennością na wszystkich długościach fali, w skalach czasowych od pojedynczych minut aż po dekady, a w części radiowej i optycznej również zmianami w polaryzacji. Ponieważ zmienność rzędu godzin czy minut wymaga istnienia źródła emisji o bardzo niewielkim rozmiarze, pociąga to za sobą ograniczenie na jego lokalizację do rejonu w pobliżu podstawy dżetu.

Widmo obserwowanej emisji blazara jest niemal całkowicie nietermiczne i wyraźnie podzielone na dwa sektory. Pierwszy, rozciągający się od zakresu radiowego po miękkie promieniowanie rentgenowskie, jest skojarzony z promieniowaniem synchrotronowym, emitowanym podczas ruchu naładowanych cząstek w polu magnetycznym. Pochodzenie emisji w drugim, wysokoenergetycznym sektorze widma (twarde promieniowanie rentgenowskie i gamma) jest wciąż dyskusyjne. Jak dotąd najbardziej popularne interpretacje skłaniają się ku odwrotnemu zjawisku Comptona (komptonizacji fotonów tła przez wysokoenergetyczne elektrony) bądź procesom hadronowym jako zjawiskom stojącym u podłoża owej emisji.

Jednakże stwierdzenie, jakie mechanizmy są odpowiedzialne za przyspieszanie cząstek do tak wysokich energii, wymaga dokładniejszej wiedzy m.in. o strukturze pola magnetycznego, które jest jak gdyby wtopione w dżet i odgrywa w jego ekspansji kluczową rolę. Pozyskanie obserwacji dostarczających informacji zarówno o ewolucji strumienia promieniowania na danej (i najlepiej więcej niż jednej) długości fali, jak i o stopniu i orientacji wektora polaryzacji, jest tu ogromnie istotne.

W omawianej pracy przeanalizowano wyselekcjonowaną próbkę 8 jasnych w zakresie optycznym blazarów. Wykorzystano zarówno obserwacje fotometryczne zebrane przez naziemne teleskopy optyczne, zlokalizowane w Polsce, Indiach oraz Turcji (w co najmniej dwóch filtrach, co pozwoliło na dalszym etapie wyznaczyć indeks spektralny), jak i dane polarymetryczne pochodzące z oddzielnych instrumentów - z Japonii oraz Rosji. Ze względu na nieprzewidywalne i bardzo zmienne warunki pogodowe, otrzymanie dobrych jakościowo i pokrywających się w czasie obserwacji fotometrycznych i polarymetrycznych zawsze było i jest dużym wyzwaniem. W tym wypadku udało się otrzymać kilka takich jednoczesnych obserwacji.

Wyniki obliczeń pokazują, że nie tylko obserwowany strumień promieniowania, ale też polaryzacja czy indeks spektralny wykazują w wielu przypadkach statystyczną zmienność w czasie. Oszacowany cykl zmienności 8 blazarów nie odbiega od wartości przewidywanej na podstawie innych badań i jest na poziomie 40% (jest to stosunek ilości obserwacji, podczas których źródło wykazywało potwierdzoną statystycznie zmienność, do ilości wszystkich obserwacji w danym filtrze).

W badaniach sprawdzono istnienie wszelkich możliwych korelacji w przestrzeniach strumienia, stopnia i kąta polaryzacji, a także zbadano ewolucję otrzymanych indeksów spektralnych w funkcji strumienia, aby dowiedzieć się więcej na temat możliwych mechanizmów przyspieszania cząstek, leżących u podstaw obserwowanej w skali godzinnej zmienności blazarów. Wyniki tych porównań i duża różnorodność obserwowanych trendów w płaszczyznach strumień-stopień polaryzacji czy strumień-indeks spektralny wskazują na bardzo złożoną naturę tej zmienności. Natura ta może zostać przybliżona poprzez przyjęcie odpowiedniego modelu emisji, nie mniej wybór ten często nie jest jednoznaczny.






Oryginalna publikacja: M. Pasierb, A. Goyal, M. Ostrowski, Ł. Stawarz, P.J. Wiita et al. Multiband optical flux density and polarization microvariability study of optically bright blazars, MNRAS, 2020.


Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii oraz Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantów: 2018/29/B/ST9/02298, 2016/22/E/ST9/00061 i 2018/29/B/ST9/01793.




Kontakt:

Magdalena Pasierb Obserwatorium Astronomiczne UJ M.Pasierb [at] oa.uj.edu.pl