Тихая струя квазара: рентгеновский портрет внутреннего джета ✛

‹›

Луч прожектора прорезает ночной туман. Часть света мы видим от самого фонаря, а часть — от капелек воды, которые этот свет рассеивают. Внутренний джет квазара PKS 0637-752 устроен похоже, только вместо тумана — космический микроволновый фон, оставшийся после Большого взрыва, а вместо прожектора — поток электронов, летящих почти со скоростью света.

Долгое время оставалось неясным, почему слабый внутренний джет, расположенный всего в 3,4–7 угловых секундах от ядра, светится в рентгене. Для ярких внешних узлов этого джета гамма-пределы фактически исключили обратное комптоновское рассеяние реликтового излучения: если бы быстрые электроны отдавали энергию фотонам фона, приборы Fermi увидели бы слишком много гамма-квантов. Но внутренняя часть оставалась без детальной модели. Астрофизики взяли архивные наблюдения Chandra 1999 и 2017 годов, вычли вклад яркого ядра и построили первую количественную модель излучения этой области.

Модель похожа на однородный цилиндр, заполненный релятивистскими электронами. Эти частицы излучают синхротронно в радиодиапазоне, закручиваясь в магнитном поле, и комптоновски в рентгене, сталкиваясь с фотонами реликтового излучения. Авторы перебрали три сценария с разной максимальной энергией электронов. Первый хорошо описывает радио и рентген, но не объясняет миллиметровое излучение. Второй воспроизводит все три диапазона, но предсказывает слишком много гамма-квантов. Третий сценарий согласуется со всеми данными, если на обратное комптоновское рассеяние приходится лишь около 22% рентгеновского потока, а остальное даёт синхротронное излучение отдельной популяции электронов.

Полученные параметры: медианный угол зрения 4–6 градусов, лоренц-фактор 6–10, магнитное поле 9–15 микрогаусс. Это значит, что джет направлен почти на нас, но не точно, и движется с огромной скоростью. Раньше было непонятно, может ли комптоновское рассеяние реликтового излучения объяснить свечение слабого внутреннего джета, ведь для ярких внешних узлов этот механизм уже исключён. Теперь ясно: во внутренней части возможен гибридный механизм, где разные зоны излучают по-разному.

Луч прожектора в тумане оказался двойным: часть света отражается от капель, часть рождается в самом фонаре. Так и внутренний джет квазара: рентгеновское свечение складывается из комптоновского рассеяния реликтового фона и синхротронного излучения другой популяции электронов. Метод байесовского определения угла зрения с учётом доплеровского отбора можно применять к другим квазарам, а полученные параметры полезны для моделей ускорения частиц и расчёта кинетической мощности струй. Прямого применения сегодня нет, но понимание того, как устроены эти гигантские космические прожекторы, постепенно проясняется.