сверхсветовые скорости

СВЕРХСВЕТОВЫЕ СКОРОСТИ в астрофизике. Теория относительности предполагает существование макс. скорости движения физ. объектов (распространения сигналов), равной скорости света в вакууме. Однако изменение положения в пространстве точек, выделенных по тем пли иным признакам, может происходить и с большими скоростями. Подобные кажущиеся сверхсветовые движения нередко наблюдаются в активных ядрах галактик.

Краткая предыстория их обнаружения такова. Известно, что яркостная температура Т_я некогерентных источников синхротронного излучения (в частности, радиоисточников, связанных с активными ядрами галактик) не может превышать теоретич. предел ~10¹²К. Большим темп-рам соответствует столь высокая плотность энергии синхротронного излучения, что происходят катастрофически быстрые потери энергии релятивистских электронов из-за обратного комптоновского рассеяния синхротронных фотонов (см. Комптона эффект). Однако наблюдения перем. внегалактич. радиоисточников часто дают Т_я > 10¹² К, если их размеры d оценивать из очевидного соотношения , где- характерное время переменности (изменения потока излучения). (Непосредств. измерения размеров этих радиоисточников, расположенных в ядрах галактик, невозможны из-за недостаточного угл. разрешения обычных радиотелескопов.) Чтобы объяснить этот факт, предлагалось отказаться от некогерентного синхронного механизма, к-рый успешно применялся для интерпретации остальных особенностей радиоизлучения квазаров и радиогалактик. В 1966 М. Рис показал [1], что преодолеть указанное затруднение можно, если предположить, что излучающая плазма движется с релятивистской скоростью под небольшим углом к лучу зрения. Тогда наблюдаемая яркостная темп-pa может превышать собственную (в системе покоя плазмы) яркостную темп-ру враз, где - фактор Лоренца. Так возникла идея о выбросе вещества из ядер галактик с релятивистскими скоростями. В нач. 1970-х гг. М. Коэн, А. Моффет (A. Moffet) и др. [2, 3] действительно обнаружили быстрые перемещения компонент радиоисточников. Причём проекция их линейной скорости на небесную сферу даже превышала скорость света.

Рис. 1. Радиокарта источника ЗС120: t - время в годах:- расстояние от ярчайшей точки вдоль оси склонений в 0,001"; - расстояние от ярчайшей точки вдоль оси прямых восхождений в 0,001",

Благодаря развитию техн. базы и методов обработки данных радиоинтерферометров со сверхдлинными базами удалось построить качественные изображения радиоисточников в ядрах галактик. На рис. 1(а, б)представлены карты (радиоизофоты) радиоисточника в ядре радиогалактики, ЗС120, полученные для двух разл. моментов времени [4]. (Расстояние в 2 мсек дуги соответствует 1 парсеку =3*10¹⁸ см.) Источник имеет типичную для ядерных радиоисточников структуру ядро - струя. Ядро - яркий точечный источник с координатами (0, 0); струю, имеющую здесь проекционный линейный размер50 пк, удаётся проследить (с помощью др. радиотелескопов) вплоть до расстояний 100 кпк, что гораздо больше размеров галактики. Затем она «вливается» в протяжённую компоненту радиоисточника ЗС120, т. н. радиоухо. Полный размер радиоисточника400 кпк, причём протяжённая структура содержит два «радиоуха», расположенные по разные стороны от галактики. Сравнивая положение отд. «пятен» на рис. 1(а, б), нетрудно заметить их смещение в сторону от ядра. Угл. скорость смещения2,5 мсек дуги в год соответствует линейной скорости4с. Объяснение этого явления состоит в следующем. Рассмотрим нек-рое физ. образование, перемещающееся вдоль струи со скоростью v_п под углом f к лучу зрения (рис. 2). Проекция его скорости на небесную сферу Однако чем дальше оно продвигается вдоль струи, тем меньше времени требуется испущенным им фотонам, чтобы достигнуть наблюдателя. Из-за этого наблюдаемая скорость перемещения пятна в картинной плоскости

На рис. 3 представлена зависимость от при разл. значениях v_п. Видно, что при релятивистских значениях v_п наблюдаемая скорость может превышать с.

Т. о., и высокие яркостные темп-ры, и «сверхсветовые» перемещения «пятен» можно объяснить, если радиоизлучающая плазма выбрасывается из ядра галактики с релятивистскими скоростями. Другое важное свойство, имеющее естеств. объяснение в рамках такой интерпретации,- асимметрия ядерных радиоисточников. Внеш. «радиоушп» с примерно одинаковыми характеристиками расположены по обе стороны от ядра галактики. А струя, к-рая, по совр. представлениям, обеспечивает их существование непрерывной передачей им энергии из ядра галактики, наблюдается лишь в направлении одного из них. (Такая асимметрия сохраняется и за пределами ядра.) Частота и излучат. способность (см. Излучение плазмы)в системе отсчёта наблюдателя и в системе отсчёта движущейся (со скоростью V) плазмы струи связаны следующим образом: ,, где - фактор Доплера, п - единичный вектор, направленный в точку наблюдения. Эти ф-лы отражают релятивистские эффекты смещения частоты и аберрации излучения (см. Доплера эффект ).Тогда при степенном законе отношение потоков S от струй, вытекающих в противоположные стороны из ядра, равно:

На рис. 4 показана зависимость этого отношения от при типичном значении = 0,6. Очевидно, что направленная к наблюдателю струя может быть гораздо ярче контрструи. Т. о., отмеченная асимметрия также объясняется релятивистскими эффектами. Успешное объяснение этих и др. свойств радиоисточников в ядрах галактик сделало модель релятивистской струи очень популярной, хотя и не общепризнанной среди астрофизиков. В этой модели «струя» радиоисточника рассматривается действительно как релятивистское струйное течение плазмы из ядра галактики. Радиоядро связывается с оптически толстым нач. участком струи или со стационарной ударной волной в этой струе, сверхсветовые «пятна» - с нестационарными ударными волнами. Повыш. яркость этих деталей объясняется процессами усиления магн. поля и ускорения релятивистских электронов на ударном фронте (см. Ускорение заряженных частиц).

Рис. 3. Зависимость от наблюдаемой скорости движения «пятна» для различных значений фактора Лоренца пространственных перемещений (= 2,3,4,5-,6; увеличивается снизу вверх).

Рис. 4. Зависимость ототношения интегральных потоков излучения струи S₀ и контрструи S_K для = = 2,3,4,5,6 (увеличивается снизу вверх).

Лит.: 1) R e e s M. J., Aperance ol relativistically expanding radio sources, «Nature», 1966, v. 211, p. 468; 2) С о h e n M. H. и др., Small-scale structure of radio galaxies and quasi-stellar sources at 3,8 centimeters, «Astrophys. J.», 1971, v. 170, p. 207; 3) W h i t n e у A. R. и др., Quasars revisited rapid time variations observed via very-long baseline interferometry, «Science» 1971, v. 173, p. 225; 4) В e n s о n J. M. и др., VLBI and merlin observations of 3C 120 AT 1.7 6Hz-superluminal motions beyond 00,5, «Astrophys. J.», 1988, V. 334, p. 560. С. С. Комиссаров.

   <<      Предметный указатель      >>