Классический квазар превысил разрешенную ему яркость

Международная группа астрономов при участии российских ученых обнаружила, что яркость квазара 3C273 — первого из обнаруженных объектов этого типа — по меньшей мере в 10-40 раз превышает теоретически допустимую. Определить эту величину удалось благодаря проекту «Радиоастрон». Он сочетает в себе одновременные наблюдения космическим радиотелескопом и серией наземных обсерваторий, создающих в совокупности эквивалент крупнейшего радиотелескопа в мире. Исследование опубликовано в Astrophysical Journal Letters (препринт), кратко о нем сообщает пресс-релиз, поступивший в редакцию N+1.

Наблюдения велись с помощью техники радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Для создания эквивалента радиотелескопа диаметром 171 тысячу километров физики вели одновременные наблюдения с помощью космического радиотелескопа «Радиоастрон» и наземных радиотелескопов. В результате авторам удалось получить изображение квазара с высоким разрешением, в частности исследователи обнаружили детали объекта с угловым размером 26 миллионных долей угловой секунды. С учетом расстояния это соответствует размерам порядка 0,15 светового года — 2,7 светового месяца. Интересно отметить, что за время наблюдений (около месяца) свет, испущенный в центре объекта не достиг бы его окраин.

Из общей светимости и размеров объекта ученые смогли вычислить поверхностную яркость квазара — эта величина соответствует температуре абсолютно черного тела, светящегося с такой же яркостью. Она оказалась неожиданно большой, около 20-40 триллионов кельвинов. Астрономы отмечают, что теоретические модели для излучения квазаров не допускают таких высоких яркостей — максимальная эффективная температура для таких объектов составляет около 500 миллиардов кельвинов.

При превышении этой черты происходит так называемая комптоновская катастрофа. Излучение, производимое квазарами, возникает из-за того, что эти объекты ускоряют электроны до околосветовых скоростей. Такие частицы испускают фотоны, которые, с ростом их количества, начинают сталкиваться с другими электронами, получая от них кинетическую энергию. При достижении некоторой критической концентрации этот процесс становится настолько эффективным, что вся система в целом начинает быстро охлаждаться за счет превращения энергии электронов в гамма-излучение. Этот процесс, по теоретическим предсказаниям для наблюдаемых систем, занимает время порядка одного дня или меньше.

Новое исследование квазара 3C273 указывает на то, что в нем ограничение на эффективную температуру каким-то образом нарушается. Авторы отмечают, что наблюдения с помощью «Радиоастрона» охватили лишь короткий промежуток времени, около двух месяцев, и наблюдаемый эффект может быть временным. Астрономы надеются, что механизм поддерживания столь высокой яркости удастся определить благодаря анализу большой выборки активных галактических ядер. Это исследование уже ведется c использованием «Радиоастрона».

Стоит отметить, что эффективные температуры квазаров не являются рекордными среди всех известных объектов. Поскольку эта величина зависит не только от светимости, но еще и от размеров объекта, то различные компактные небесные тела могут обладать значительно большими яркостями. К примеру, пульсары — быстровращающиеся нейтронные звезды — могут обладать эффективными температурами на порядки больше, чем предельные для квазаров.

«Радиоастрон» — международный проект, координируемый Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН. Он представляет собой космический радиотелескоп диаметром 10 метров и сеть наземных радиообсерваторий, способных координировать с ним наблюдения. В апогее орбиты расстояние между Землей и космическим аппаратом оказывается равным 340 тысячам километров, что позволяет получать данные о радиоисточниках с рекордным угловым разрешением — до 8 микросекунд дуги.

Владимир Королёв