توان جت‌های نسبیتی هسته‌های کهکشانی فعال بیشتر از توان قرص برافزایشی آن‌هاست

توان جت‌های نسبیتی هسته‌های کهکشانی فعال بیشتر از توان قرص برافزایشی آن‌هاست

در مقالات قبلی راجع به هسته‌های کهکشانی فعال و قرص برافزایشی صحبت کرده‌ایم و نشان داده‌ایم که در بسیاری از هسته‌های کهکشانی فعال، جِتی بسیار پرانرژی شامل مواد و ذرات مختلف در اثر چرخش مواد به دور سیاهچاله‌ی مرکزی به بیرون پرتاب می‌شوند. در این مقاله‌ی جدید و مهم، منجمان نشان می‌دهند که توان (انرژی بر واحد زمان) این جت‌ها از توان قرص‌های برافزایشی به‌وجودآورنده‌شان بیشتر است. در زیر به بررسی و دلیل این مطلب می‌پردازیم.

طبق پیش‌بینی‌های نظری، توان جت متناسب است با مجذور حاصلضرب اسپین۱ سیاهچاله در جرم آن در مقدار میدان مغناطیسی در محل افق رویداد سیاهچاله. میدان‌های مغناطیسی اولیه در یک هسته‌ی کهکشانی فعال توسط قرص برافزایشی تقویت شده و هرچه‌قدر شار چرخش و جذب مواد به دور سیاهچاله بیشتر باشد، میدان مغناطیسی قوی‌تری ایجاد می‌کند که به نوبه‌ی خود می‌تواند مقدار بیشتری از انرژی چرخشی سیاهچاله‌ را به جت‌ خروجی منتقل کند. میدان مغناطیسی نقش یک کاتالیزور را در این فرآیند بازی می‌کند.

شکل ۱: توان جت نسبیتی بر حسب درخشندگی قرص برافزایشی. نمادهای مختلف مربوط به خطوط جذبی متفاوتند که برای تخمین درخشندگی قرص برافزایشی به کار می‌روند. خط سیاه بهترین برازش بر روی داده‌ها است.

شکل ۱: توان جت نسبیتی بر حسب درخشندگی قرص برافزایشی. نمادهای مختلف مربوط به خطوط جذبی متفاوتند که برای تخمین درخشندگی قرص برافزایشی به کار می‌روند. خط سیاه بهترین برازش بر روی داده‌ها است.

محققان این پژوهش، نمونه‌ای از بلازارها۲  را مورد بررسی قرار می‌دهند که توسط تلسکوپ مساحت بزرگ فرمی۳  در محدوده‌ی پرتوگاما رصد شده‌اند و در عین حال، اطلاعات طیف‌سنجی آن‌ها در محدوده‌ی نور مرئی نیز در دسترس است. با کمک خطوط جذبی می‌توان درخشندگی قرص برافزایشی را محاسبه کرد. شکل ۱ تابش غیرگرمایی جت (یا توان تابشی جت) را برحسب درخشندگی قرص برافزایشی برای تمام بلازارهای مورد بررسی نشان می‌دهد. همان‌طور که از شکل پیداست، به وضوح رابطه‌ای خطی بین این دو کمیت، یعنی توان جت و درخشندگی قرص برافزایشی، برقرار است. نویسندگان این مقاله احتمال تصادفی بودن این رابطه را کوچکتر از  ۸-۱۰ محاسبه کرده‌اند. پراکندگی حول خط برازش‌شده برابر با ۰/۵ dex۴ (یا به اصطلاح خطای یک سیگما) است که در شکل، مربوط به ناحیه‌ی بنفش است. نواحی آبی کم‌رنگ و خاکستری به ترتیب مقادیر خطای ۲ و ۳ سیگما را نشان می‌دهند.

محققان بر این باورند که توان تابشی جت حدودا ۱۰٪ از توان کل جت را شامل می‌شود و این موضوع هم برای جت‌های ناشی از هسته‌های کهکشانی فعال صدق می‌کند و هم برای جت‌های حاصل از انفجارهای پرتوگاما. در نتیجه اگر توان کل جت را با درخشندگی قرص برافزایشی مقایسه کنیم، درمی‌یابیم که توان جت بزرگ‌تر از درخشندگی قرص است. در نتیجه فرآیندی که باعث شتاب‌دهی و تولید جت‌ها می‌شود باید بسیار پربازده باشد و احتمالا پربازده‌ترین فرآیند انتقال انرژی از نزدیکی یک سیاهچاله به فضای بی‌انتهاست.

شکل ۲: توان جت برحسب توان قرص برافزایشی. نمادهای مختلف مربوط به خطوط جذبی متفاوتند که برای تخمین درخشندگی قرص برافزایشی به کار می‌روند. خط سیاه بهترین برازش بر روی داده‌ها است. خط زرد خط برابری دو کمیت را نشان می‌دهد.

شکل ۲: توان جت برحسب توان قرص برافزایشی. نمادهای مختلف مربوط به خطوط جذبی متفاوتند که برای تخمین درخشندگی قرص برافزایشی به کار می‌روند. خط سیاه بهترین برازش بر روی داده‌ها است. خط زرد خط برابری دو کمیت را نشان می‌دهد.

شکل ۲ توان کل جت را برحسب توان قرص برافزایشی نشان می‌دهد. توان قرص برافزایشی برابر است با درخشندگی آن تقسیم بر بازدهی فعالیت‌های قرص برافزایشی. نوار زرد رنگ در این شکل مقدار مساوی دو کمیت را نشان می‌دهد. خط مشکی بهترین برازش بر داده‌های موجود است و همه‌ جا بالای خط برابری دو کمیت قرار گرفته است. نتیجه‌ی به‌دست‌آمده کاملا بر شبیه‌سازی‌های عددی اخیر در زمینه‌ی هیدرودینامیک مغناطیسی نسبیتی منطبق است؛ شبیه‌سازی‌هایی که طبق آن‌ها توان متوسط مواد خروجی در جت‌ها و بادها تا ۱۴۰٪ توان قرص برافزایشی می‌رسد. حضور این جت‌ها نشان می‌دهند که انرژی پتانسیل گرانشی موادی که بر روی قرص برافزایشی و به دور سیاهچاله می‌چرخند، نه تنها به گرما و تابش تبدیل می‌شوند بلکه میدان مغناطیسی را تقویت کرده تا به میدان مغناطیسی امکان دستیابی به انرژی چرخشی ذخیره‌شده سیاهچاله را بدهد و بخشی از آن را به انرژی مکانیکی جت منتقل کند. این توان جت تقریبا از کل توان گرانشی قرص برافزایشی بیشتر است. این اتفاق، تصادفی نیست بلکه به دلیل نقش کاتالیزوری میدان مغناطیسی است که توسط قرص برافزایشی تقویت شده است.

۱. Spin
۲. Blazars
۳. Fermi Large Area Telescope: Fermi LAT
۴. ۰/۵ dex به معنای  ۰/۵ ۱۰ است.

عنوان اصلی مقاله:
The power of relativistic jets is larger than the luminosity of their accretion disks
نویسندگان:
G. GhiselliniF. TavecchioL. MaraschiA. CelottiT. Sbarrato 
لینک مقاله‌ اصلی: http://arxiv.org/abs/1411.5368
ا
ین مقاله برای چاپ در نشریه‌ی Nature پذیرفته شده است.

گردآوری: آزاده کیوانی

دسته‌ها: مقالات روز

درباره نویسنده

آزاده کیوانی

پژوهشگر پَسادکترا در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا است که در زمینه‌ی اخترفیزیک ذره‌ای پژوهش می‌کند. در حال حاضر عضو تیم تحقیقاتی AMON و هم‌چنین عضو رصدخانه‌ی نوترینوی IceCube است. او در سال ۲۰۱۳ دکترای خود را در رشته‌ی اخترفیزیک از دانشگاه ایالتی لوییزیانا گرفته است و در طول تحصیلات تکمیلیش عضو رصدخانه Pierre Auger بوده است. پروژه‌ی دکترای او بررسی تأثیرات میدان مغناطیسی کهکشان راه شیری بر روی انحراف پرتوهای کیهانی پرانرژی در راستای شناخت منشأ و نوع این ذرات بوده است.

دیدگاه‌ها

  1. amator
    amator ۱۶ آذر, ۱۳۹۳، ۱۲:۴۰

    مطالب = فوق العاده
    اول از همه ببخشید که زیاد سئوال میکنم.
    میخواستم بدونم که من چنتا کاتالوگ اجرام داریم ؟ من تاحالا باSH – UGC – NGC – PGC – PNG – M – LBN – LDN – IC – HH – ABEL کار کردم.یه لیست دارم که همه جور کاتالوگی هست که من نمیدونم معنیشون چیه. . میشه معنی و کاربرد اینایی کاتالوگارو بگید.
    ABEL – PK – VYSS – sharpless – KOH – PNG – LDN – LBN – MINK – WEIN – LONG – HENIZ – SAND – SHANE – THE – ESO – PGC – SHAP PB – PEREK PC – RIAS – HUB – G – CAN – JONES . اینارو روی سحابیا – کهکشانا و نوترونیا ثبت میکنن میشه بگید اینا مخفف چی و چه مفهومی دارن؟

    پاسخ به این دیدگاه
    • آزاده کیوانی
      آزاده کیوانی نویسنده ۲۰ آذر, ۱۳۹۳، ۱۸:۲۵

      سلام،

      خیلی ممنون.

      من هم مخفف همه‌ی این کاتالوگ‌ها رو نمی‌دونم ولی به راحتی می‌تونید هرکدوم رو که لازم دارید در گوگل جستجو کنید و اطلاعات کاملش رو به دست بیارید. بسته به این‌که روی چه موضوعی کار می‌کنید، با کاتالوگ‌های مربوط به همون موضوع درگیر هستید.

      پاسخ به این دیدگاه
  2. amator
    amator ۲۸ آذر, ۱۳۹۳، ۱۲:۲۰

    خب بله منتها دسته ی ناچیزیشون پیدا میشه.
    در جت ها میشه گفت یکی از اصلی ترین نقش ها رو الکترومغناطیس داره. یعنی اگر نبود میشه گفت جت ساختار ستونی شکل
    استوار خودشو از دست میداده . به عبارت دیگه میدان مغناطیسی نقش اسکلت جت رو ایفا میکنه درست میگم؟

    پاسخ به این دیدگاه
    • آزاده کیوانی
      آزاده کیوانی نویسنده ۱۴ دی, ۱۳۹۳، ۲۲:۰۶

      بله قطعا نیروی الکترومغناطیسی نقش بسیار مهمی داره. در جت‌ها معمولا ذرات با سرعت‌ نزدیک به نور حرکت می‌کنند و همه چیز نسبیتی می‌شه. و میدان مغناطیسی ناشی از ذرات باردار وجود داره.

      پاسخ به این دیدگاه

یک دیدگاه بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.
بخش‌های لازم مشخص شده‌اند*