Связь струй и аккреционного диска в активной галактике

Струи ("джеты") в квазарах и ядрах активных галактик должны порождаться энерговыделением вещества, затягиваемого в центральную черную дыру в ходе дисковой аккреции.

Художественное изображение струй вокруг массивной черной дыры с аккреционным диском. Credit: Dr. Wolfgang Steffen, Project Cosmovision; University of Guadalajara, Mexico

Такая гипотеза высказана уже давно, но ее подтверждения находили только в наблюдениях "микроквазаров" в нашей Галактике. В радионаблюдениях этих объектов видно, как после эпизодов резкого ослабления рентгеновского потока вдоль джета распространяются яркие пятна (с кажущейся сверхсветовой скоростью). Такая последовательность событий истолковывается как потеря устойчивости аккреции, резкое падение куска внутренних слоев диска под горизонт событий (отсюда – выключение рентгена), причем избыток импульса передается более внешним кускам, которые выплескиваются в джет. (Расчеты, например [1], подтверждают, что это не пустая спекуляция.)

В работе [2] группы авторов из США, России, Финляндии, Испании и Великобритании, опубликованной в журнале Nature 6 июня 2002, впервые найдены похожие явления в наблюдениях рентгена и радио от активной галактики 3C120. Как и в микроквазарах, за спадами рентгена следуют сверхсветовые выбросы сверх-ярких узлов в радио джетах (см рисунки).

Галактика 3C120 (красное смещение z = 0.033) была выбрана из-за сходства рентгеновского и радио излучения с микроквазарами. Радионаблюдения джета 3C120 проводились на решетке антенн Very Long Baseline Array (VLBA) почти ежемесячно с ноября 1997 до апреля 2001. Диагональные линии на радиоизображении показывают траектории главных сверх-ярких узлов. Их проекционная кажущаяся скорость получается от 4.1 до 5.0c (где c скорость света), если принять параметр Хаббла 65 км с^-1 Мпк^-1. Тогда расстояние от 3C120 до нас 140 Мпк, и 1 миллисекунда дуги соответствует длине 0.70 пк.

Рентген наблюдали в диапазоне 2.4√20-кэВ с 1997 по начало 2000 г. на спутнике Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE). На втором рисунке стрелочки показывают моменты выбросов радио узлов (l,o, t, u), которые явно коррелируют с провалами рентгеновского потока и изменениями жесткости спектра a (alpha), помеченными красным цветом. Авторы делают вывод, что 3C120 ведет себя подобно микроквазару GRS1915+105.

Сопоставление рентгена и радио излучения 3C120. a. Рентген в диапазоне 2.4√20-кэВ. Красным отмечены моменты провалов потока, а стрелками моменты выбросов ярких радио узлов l, o, t, u с предыдущего рисунка. b. "Энергетический" спектральный индекс a в законе F ~ E-a. c. Радиопотоки на частотах 14.5, 22, 37 и 43 ГГц, помеченные символами разных цветов.

Литература

1. GСmez, J. L., MartМ, J. M., Marscher, A. P., IbАЯez, J. M. & Alberdi, A. Hydrodynamical models of superluminal sources. Astrophys. J. 482, L33-L36 (1997)
2. P. Marscher, Svetlana G. Jorstad, J.-L. Gomez, M.F. Aller, H. Terasranta, M.L. Lister, A.M. Stirling. Observational evidence for the accretion-disk origin for a radio jet in an active galaxy. Nature 417, 625 - 627 (2002)