Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
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 яркостнаятемпература Т _я некогерентных источников синхротронногоизлучения (в частности, радиоисточников, связанных с активными ядрамигалактик) не может превышать теоретич. предел ~10¹² К. Большимтемп-рам соответствует столь высокая плотность энергии синхротронного излучения, <что происходят катастрофически быстрые потери энергии релятивистских электроновиз-за обратного комптоновского рассеяния синхротронных фотонов (см. Комптонаэффект). Однако наблюдения перем. внегалактич. радиоисточников частодают Т _я10¹² К, если их размеры d оцениватьиз 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 синхронногомеханизма, к-рый успешно применялся для интерпретации остальных особенностейрадиоизлучения квазаров и радиогалактик. В 1966 М. Рис показал[1], что преодолеть указанное затруднение можно, если предположить, чтоизлучающая плазма движется с релятивистской скоростью под небольшим угломк лучу зрения. Тогда наблюдаемая яркостная темп-pa может превышать собственную(в системе покоя плазмы) яркостную темп-ру в раз, <где -фактор Лоренца. Так возникла идея о выбросе вещества из ядер галактик срелятивистскими 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 скоростьсвета.

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 изображениярадиоисточников в ядрах галактик. На рис. 1(а, б )представлены карты(радиоизофоты) радиоисточника в ядре радиогалактики, ЗС120, полученныедля двух разл. моментов времени [4]. (Расстояние в 2 мсек дуги соответствует1 парсеку =3*10¹⁸ см.) Источник имеет типичную для ядерных радиоисточниковструктуру ядро - струя. Ядро - яркий точечный источник с координатами (0,0); струю, имеющую здесь проекционный линейный размер 50пк, удаётся проследить (с помощью др. радиотелескопов) вплоть до расстояний 100 кпк, что гораздо больше размеров галактики. Затем она «вливается» впротяжённую компоненту радиоисточника ЗС120, т. н. радиоухо. Полный размеррадиоисточника 400кпк, причём протяжённая структура содержит два «радиоуха», расположенныепо разные стороны от галактики. Сравнивая положение отд. «пятен» на рис.1(а, б), нетрудно заметить их смещение в сторону от ядра. Угл. скоростьсмещения 2,5мсек дуги в год соответствует линейной скорости 4с. <Объяснение этого явления состоит в следующем. Рассмотрим нек-рое физ. образование, <перемещающееся вдоль струи со скоростью v _п под углом f к лучузрения (рис. 2). Проекция его скорости на небесную сферу Однако чем дальше оно продвигается вдоль струи, тем меньше времени требуетсяиспущенным им фотонам, чтобы достигнуть наблюдателя. Из-за этого наблюдаемаяскорость перемещения пятна в картинной плоскости

На рис. 3 представлена зависимость от при разл. значениях v _п. Видно, что при релятивистских значенияхv _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 галактикис релятивистскими скоростями. Другое важное свойство, имеющее естеств. <объяснение в рамках такой интерпретации,- асимметрия ядерных радиоисточников. <Внеш. «радиоушп» с примерно одинаковыми характеристиками расположены пообе стороны от ядра галактики. А струя, к-рая, по совр. представлениям, <обеспечивает их существование непрерывной передачей им энергии из ядрагалактики, наблюдается лишь в направлении одного из них. (Такая асимметриясохраняется и за пределами ядра.) Частота и излучат. способность (см. Излучениеплазмы )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 стороныиз ядра, равно:

На рис. 4 показана зависимость этого отношения от при типичном значении = 0,6. Очевидно, что направленная к наблюдателю струя может быть гораздоярче контрструи. Т. о., отмеченная асимметрия также объясняется релятивистскимиэффектами. Успешное объяснение этих и др. свойств радиоисточников в ядрахгалактик сделало модель релятивистской струи очень популярной, хотя и необщепризнанной среди астрофизиков. В этой модели «струя» радиоисточникарассматривается действительно как релятивистское струйное течение плазмыиз ядра галактики. Радиоядро связывается с оптически толстым нач. участкомструи или со стационарной ударной волной в этой струе, сверхсветовые «пятна»- с нестационарными ударными волнами. Повыш. яркость этих деталей объясняетсяпроцессами усиления магн. поля и ускорения релятивистских электронов наударном фронте (см. Ускорение заряженных частиц).

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

Рис. 4. Зависимость от отношенияинтегральных 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 expandingradio 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 3,8centimeters, «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-longbaseline interferometry, «Science» 1971, v. 173, p. 225; 4) В e n s о nJ. M. и др., VLBI and merlin observations of 3C 120 AT 1.7 6Hz-superluminalmotions beyond 00,5, «Astrophys. J.», 1988, V. 334, p. 560. С. С. Комиссаров.