Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Marzec 2020

< poprzedni Archiwum następny >

Natura promieniowania γ w blazarach

Blazary świecą głównie w wysokich energiach, w tym na falach rentgenowskich i gamma. Powszechnie uważa się, że ich silna emisja w tych najwyższych zakresach energii widma elektromagnetycznego jest wynikiem procesów związanych z promieniowaniem synchrotronowym i odwrotnym rozpraszaniem Comptona w relatywistycznych szokach uderzeniowych, które rozchodzą się wzdłuż dżetów blazarów, lub też procesów tak zwanej rekoneksji pól magnetycznych w przypadku silnie namagnesowanych dżetów. Jednak pomimo wspólnych wysiłków kilku nowoczesnych teleskopów - zarówno naziemnych jak i orbitalnych - szczegóły tych mechanizmów i dokładna lokalizacja obszarów produkcji emisji w wysokich energiach w odniesieniu do aktywnych centrów blazarów pozostają wciąż nieuchwytne.



Aby scharakteryzować statystyczne cechy zmienności promieniowania gamma blazarów, przeprowadzono systematyczne badania próbki 20 silnych blazarów przy użyciu różnych narzędzi analitycznych, takich jak rozkład obserwowanego strumienia, analiza symetrii oraz analiza szeregów czasowych. Metody te zastosowano na dziesięcioletnich obserwacjach blazarów prowadzonych z pomocą teleskopu Fermi/LAT.

Wyniki pokazują, że emisja promieniowania gamma z blazarów jest bardzo wyraźna i zmienna na różnych częstotliwościach, w różnych odstępach czasowych. Zaobserwowano silną dodatnią korelację między częściowo analizowaną zmiennością a indeksem spektralnym promieniowania gamma, co sugeruje, że zmienność jest bardzo wrażliwa na nachylenie spektralne. Co więcej, rozkład strumienia promieniowania gamma może być precyzyjnie przybliżany logarytmicznie normalnym rozkładem prawdopodobieństwa (w przeciwieństwie do normalnej funkcji gęstości prawdopodobieństwa). Analogicznie, statystyczna analiza symetrii obejmująca porównanie pomiędzy rozkładem tempa wzrostu i zaniku strumienia promieniowania na krzywych zmian blasku dla fal gamma wykazała, że oba te rozkłady są bardzo podobne. To z kolei, nieco wbrew naszej intuicji, świadczy o tym, że istotna różnica w tych skalach czasowych, w których zachodzą procesy przyspieszania i chłodzenia, rozmywa się na dużych odległościach przestrzennych, w jakich propagują się dżety radiowe.

Co więcej, większość badanych blazarów wykazuje liniową zależność RMS (pierwiastek średni kwadratowy) od wartości strumienia. Może to oznaczać, że obserwowane blazary wydają się nam bardziej zmienne podczas swoich najwyższych stanów emisji promieniowania. Aby ograniczyć statystyczną naturę takiej zmienności w szerokim zakresie częstotliwości czasowych zmienności, zastosowano rozbudowane metody Monte Carlo. Miało to na celu oszacowania takiej gęstości widmowej mocy, która najlepiej reprezentuje periodogram promieniowania gamma dla blazarów. Badania wykazały, że widmowa gęstość mocy dla krzywych świetlnych jest zgodna z pojedynczym rozkładem potęgowym P_(ν) ~ 1/ν, z indeksami widmowymi skupionymi wokół wartości jeden.

Wszystko to może prowadzić do wniosku, że charakter zmienności blazarów objawiającej się migotaniem może być napędzany procesami o "długiej pamięci" - w tym sensie, że ślady działania ("wspomnienia") procesów zachodzących jeszcze w centrum aktywnego jądra i dysku galaktyki macierzystej są przenoszone na duże odległości przez emisję dżetu. Ponadto zbadano okresowe zachowania układów blazarowych z pomocą analizy szeregów czasowych. Niektóre blazary z badanej próbki, w tym S5 0716+714, Mrk 421, ON +325, PKS 1424-418 i PKS 2155-304, faktycznie ujawniły cechy spektralne wskazujące na obecność kwaziperiodycznej (QPO) zmienności w rocznych skalach czasowych, bardzo wyraźne w porównaniu do możliwych artefaktów obserwacyjnych, jakie są zwykle widoczne w krzywych zmian blasku blazarów.






Oryginalna publikacja: G. Bhatta, N. Dhital, The Nature of γ-ray Variability in Blazars, The Astrophysical Journal, 2020.


Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu UMO-2017/26/D/ST9/01178.




Kontakt:

Gopal Bhatta Obserwatorium Astronomiczne UJ G.Bhatta [at] oa.uj.edu.pl