J E T Y Název "lineární úniky z černých děr" je umělecká metafora snažící se naznačit, že z dosahu černé díry se dá uniknout nejen za pomocí silného motoru a po spirále (relativistické elipse), ale i jiným způsobem jehož příkladem jsou právě jety. Český ekvivalent pro jety jsou asi výtrisky (outflow). Jako obyčejně nedefinujeme co to vlastně jet je. Bližší představu o jetech by měl nabízet právě tenhle seminář. Obsah: mohlo by to být delší.... M 87 Courtis(1918) publikoval v Lick Obs Pub snimek jádra M87 s jetem. První opticky pozorovaný jet. Jeho délka je asi $5$~tisíc světelných let. Je ovšem netypický, protože většina známých je pozorovaná radiově. Rádiová M87 (Virgo-A) byla společně s Centaurus-A identifikována jako první radiový zdroj s optickým (Bolton, Stanley & Slee 1949). O povaze těchto jetů se dlouho spekulovalo, především velmi dobrá viditelnost v rádiu a minimalní v optice byla zajímavá. Shklovskij v roce 1963 přišel s myšlenkami, které dodnes používáme (akrece jako zdroj hmoty a energie pro jety, kolimace jetů). Především s tím, že jety vyzařují sycnhrotronové záření (podobně jako Crabí mlhovina, na které si to ověřil). NGC 315 Obrázek ukazuje snímek v optickém oboru (podobný snímek můžeme pořídit dnes večer na MonteBoo) přes který je překreslena rádiová mapa. Vějířovitý jet je přibližně rozměrů eliptické galaxie (z=0.016, vzdálenost 65Mpc, rozměry 2x1.5'= 400x300kpc, asi 12mag). Rádiový obraz je s rozlišením 2". Zajímavostí je vzhled obou jetů. Ten spodní je viditelně slabší, což vyplývá i z rádiových map intenzit. Tento snímek, jako ten předchozí vyžadoval velmi mnoho práce při získání. Na první se musel zkonstruovat HST na druhý pak byla použita metoda aperturní syntézi. Zato je na tomto vidět poměrně přesně struktura jetu, včetně úhlu rozevření a intensit jetu a jak se mění se vzdáleností od jádra struktura jetu. Na snímku bylo možné taktéž měřit polarizaci i to, jak se mění v různých částech jetu (klesá k okrajům). Na tomto mbrázku je pak možné testovat různé hypotézy o vzniku a struktuře jetů, jejich stabilitu, jak jsou kolimovány atd. NGC 6251 Skutečné rozměry jetů ukáže pořádne jen rádiová mapa například NGC 6251. Ta je ve vzálenosti (z=0.025) asi 100 Mpc a rozměry se promítají pres asi jeden stupeň. Tedy víc jak 1Mpc! Velkorozměrová struktura byla získána Westerbork Synthesis Array Telescope in the Netherlands na 49cm. Podrobnější snímky pak přes VLA (very large array - rádioteleskopy z Holandska + Británie) a nejpodrobnejší přes VLBI (very large baseline interferometry - Holandsko, Británie, Kanda, Jižní afrika, Austrálie). Pěkně je tam vidět, jak "counterjet" - proti-jet je skoro neviditelný. Nadsvětelný pohyb v M87 Ze snímku z HST v optickém oboru jsou vidět struktury blízko jádra u kterým jsme v různých časech schopni určit polohu a se vzdálenosti určit následně i rychlost pohybu těchto objektů která vychází přibližně 6c a tedy nadsvětelně. Nepřesnosti ve vstupních údajích nehrají roli, neboť nejistota určení vzdálenosti M87 není větší jak 50% (M87 známe z rudého posuvu, avšak ten se kalibruje přes Cepheidy z kupy galaxií v Panně, u které je ovšem jádrem právě M87). Nejistota v určení polohy blobů (zhustků) také není moc velká. Vzdálenost M87 je 18Mpc. Snímek byl získan Johnem Birettou ze Space Telescope Science Institute a zobrazuje výřez z celého jetu. Měřítko je dáno vzdáleností prvních dvou blobů, která je asi 20 ly. Tuto vzdálenost přibližně urazí blob za 4 roky. Jety u Herbig -- Haro objektů Herbig -- Haro objekty jsou v podstatě velmi mladé hvězdy těsně po svém zrodu obklopené látkou ze které vzniky. Na obrázku je objekt HH34, který dává vznik jasnému jetu. Okolné mlhovina patřící do komplexu mlhovin v Orionu je vzdálená 1500ly. Snímek pořízený 8.2m VLT na ESO. Vodopád je neobjasněn. Snímek není ve viditelném světle. Obvykle jsou HH objekty viditelné pouze v nízko-excitačních zakázaných čarách [O0],[S+],[N0]. Mikrokvasary V roce 1994 objevil F. Mirabel a L. Rodriguez nadsvětelný pohyb ve dvojhvězdě GRS 1915+105, která je známa jako zdroj X záření. Leží v naší galaxii asi 40 tisíc ly (12 kpc) od nás. Pomocí analýzy nadsvětelného pohybu se nabízí další metoda na určování vzdáleností ve Vesmíru (viz dále). Základní údaje: v_app = 1.2-1.7 c, v_0 = 0.92-0.98 c, jet z černé díry mu_a = 17.6 mas/den, mu_r = 9 mas/den V naší galaxii je známo ješte několik dalších objektů s relativistickým jetem. Jde vesmes o silné X a gamma zdroje ve dvojhvězdách, kde jedna složka je černá díra nebo neutronová hvězda (podle hmoty). Ze samotného jádra galaxie představovaného centrální černou dírou se taky pozoruje jet. Po tom co jsme viděli pár ukázek jetů a toho co dokážou se pokusíme shrnout vlastnosti jetů abychom měli lepší představu o tom, co to jety jsou. Podává globální pohled na různé extragalaktické objekty. Unifikovaný model AGN - yeti Unifikovaný model aknivních galaktických jader je model, který se snaží vysvětlit různé typy extragalaktických objektů tím, že jde o jeden komplexní druh objektu na kterého se díváme z různých stran (pod různými úhly). Je to tedy zcela něco jiného než u hvězd, které jsou sféricky symetrické. Příkladem podobného objektu je i Saturn, u nějž občas nejsou vidět prstence, v případě, že je natočen vůči zemi tak, že Země leží v rovině prstenců. Podobně je to i s jádrama aktivních galaxií. Model je takový, že kolem černé díry se utvoří z okolního materiálu horký disk (v podstatě prstenec jak u Saturna) a kolmo na něj jsou jety. Když pak vidíme koukáme do roviny disku, tak nevidíme nic moc divokého, protože je zacloněna okolním materiálem. Nicméně protože disk je na okrajích chladný vidíme vesměs zakázané čáry (OIII, NII,..). Jet je kolmo na něj a vypadá jako charakteristický jet v dádiu jak bylo vidět u NGC 6251. Pokud sledujeme disk pod určitým úhlem, vidíme větší část disku, která září jako AČT a tak se v pozná kvasar. Jet je stále opticky neviditelný ale rádiově dělá to co v případě NGC 315. Pokud koukáme přímo do jetu vidíme blazar neboli silně opticky proměnný objekt praktricky bez spektrálních čar a bez okolní galaxie. Pouze v případě blazarů se pozorují nadsvětelné pohyby. Jet je vidět opticky proto, že díky tomu, že se k nám mimořádně rychle přibližuje, tak je zesílena intensita jinak slabého jetu. U M87 máme štěstí, že je to hodně skloněné a navíc blízko, takže to není jen bodový zdroj jako u ostatních blazarků. Název mikrokvasar je analogie obyčejného kvasaru. Rozdíl je jen ten, že uprostřed mikrokvasaru je buď neutronová hvezda nebo černá díra s hmotou hvězdy a látku dodává hvězda která je s tímto kompaktním objektem ve dvojhvězdě. Nicméně i tímto mechanismem vznikne disk a jet. Zajímavé, zdá se, že rovnice popisující kvasary jsou stejné jako je to u dvojhvězd. Takovéto objekty jsou vesměs silými zdroji UV, X a gamma záření. UV a X, je hlavně díky tomu, že disk je zahřát na velmi vysokou teplotu (ta je tím větší čím blíž se dostane hmota k centru gravitace, čím je víc hmoty a díky tajmnému mechanismu tření. Ještě větší energie pak pochází od urychlených částic v jetu. Díky silnému mag. poli (pozoruje se polarizace) jsou vyzařují elektony bržděny a vyzařují synchrotronově (platí ovšem jak pro krátko- tak dlouhovlnou oblast). Další zdroj krátkovlnného záření je inverzní Comptonův jev, tedy přitrvzení fotonů rychlým elektronem. Na oboje se přišlo analýzou spekter gamma záření těchto objektů, kdy se pozorují dva vrcholy ve spektru a nejvíc na to pasují práve spektra těchto dvou procesů. Z toho se pak dají zjistit i podmínky, při jakých záření vzniká a z toho naopak usuzovat zpětně na unifikovaný model. Kinematika nadsvětelného pohybu Na obrázku je znázorněn zdroj produkující bloby, jak bylo vidět na předchozích snímcích. Ty jsou vyvrhovány pod určitým úhlem směrem k pozorovately relativistickou rychlostí. Vlnová délka záření z blobu je posunuta směrem k červenému nebo modrému konci spektra podle toho jestli se od nás blob vzdaluje nebo přibližuje. Změna je daná vzorcem který obsahuje jak rel. zkracování intervalů, tak Dopplerův jev. Díky tomu, že se rychlosti skládají, je možné, že při vhodné volbě parametrů překročí pozorovaná rychlost c. To se taky občas pozoruje. Jinak řečeno vzorec xxx je relativistickou verzí vzorce na určení vzdálenosti jak byl uveden u M 87. Z uvedných vzorců je vidět, že rychlost může vycházet i větší než 1, což je důsledek relativistického skládání rychlostí. Pokud je vůči nám jet skloněn v příznivém úhlu můžeme pozorovat nadsvětelný pohyb. Pokud máme možnost pozorovat jak přibližující se blob (-), tak vzdalující se (+), můžeme společně s pozorování radiální rychlosti určit všechny 3 parametry ve 3 rovnicích a máme tak neobvyklou metodu na měření vzdáleností. Může být zajímavá v případě mikro i kvasarů. Záření z relativistických jetů V důsledku transformace intensity záření pro pozorovatele v různých vztažných soustavách (v klidu, v soustavě zdroje,..) se posouvá spektrum (známý rudý posuv) a mění se přitom i intensita záření. Protože ta intenzita představuje energii záření vztaženou k jednotovému prostorovému úhlu, frekvenci, času a ploše je jasné, že se při relativistických změnách těchto veličin musí měnit i intensita tak aby energie záření jakožto invarinatní veličina zůstala zachována. Nejdůležitější je že se zachovává 3 mocnina intensity pro bodový zdroj. Pokud ještě započítáme průběh spektra můžeme dostat poněkud odlišné hodnoty mocnin. Tyto vzorce mají několik důležitých důsledků: * intensita přibližujícího se jetu je větší než u vzdalujícího se (podobny jev je i u zvuku)... viz NGC 315 * pokud není jedna část jetu vidět (M87), je její intensita zatraceně malá Základní vlastnosti jetů Po tom co jsme viděli pár ukázek jetů a toho co dokážou se pokusíme shrnout vlastnosti jetů abychom měli lepší představu o tom, co to jety jsou. Unifikovaný model Podává globální pohled na různé extragalaktické objekty. OJ 287 OJ je blazar s jasností kolem 14 mag v V a z=0.3 dá se spatřit v Rakovi. Intenzivně se projevuje prakticky přes celé spektrum a jde o jediný extragalaktický objekt u kterého byla rozpoznána periodicita po 11.86 letech. V rámci projektu OJ-94 bylo pečlivě propozorováno okolí dvou peaku, které nastávají s tou periodou. Aimo Sillanpää předpověděl periodu 11.86 roku a navrhl model na vysvětlení. Na obrázcích je srovnání dat a modelu. Model je založen na relativistickém precesi jetu. Pokud by se hmota v jetu pohybovala nerelativisticky, opisoval by konec jetu, jehož projekci sledujeme, elipsu a podle toho, jak je k nám zrovna nakloněn. Na světelné křivce by se tento případ projevil pouhou (modulovanou) sinusovkou. Díky zesílení světla v beaming efektu ale bude světelný tok pořádně zesílen pokud bude jet mířit přímo na nás a naopak nepatrně, pokud bude k nám skolněný pod větším úhlem. Špičky sinů tak budou mít podstatě větší vliv než údolí a dostaneme takovýto graf. Na precesi je ovšem potřeba mít původce ve vnějším poli a je tedy otázka, jaká může být konfigurace zdroje. Jde tedy proto jen o hypotézu a která se v současné době možná potrvdí možná ne. Zrovna v těchto letech nastává to období.... Lucka: Studium periodicit v blazarech Zabývala se možností určování period v blazarech pomocí Fourierovi analýzy. Zkoumala vliv různých jevů na tvar periodogramu (periodogram jsou v podstatě kvadráty příslušných Four. koeficientů). Jak se projeví šum, přerušení pozorování mrakem, dnem atd. Zpracovávala historickou světelnou křivku 0716 Shrnutí: S trochou nadsázky se dá vést paralela mezi našima zkoumáníma a tím, jak se k tomu staví další lidé včetně výsledků a podezření, že za změny jasností u blazarů mohou nestability a turbulence.