Релятивистские струи (джеты) — это потоки вещества (плазмы) и излучения, которые выбрасываются из центральных областей некоторых астрономических систем (Галактик) со скоростями, близкими к скорости света. Термин «релятивистские» означает, что релятивистские эффекты (замедление времени, релятивистское преобразование скоростей, доплеровское усиление/изменение частот излучения и т. п.) проявляют себя в этом процессе.
Обычно под «релятивистскими струями» в астрономии понимают, в первую очередь, джеты (струи) в активных галактических ядрах (квазар, блазар и другие).
Откуда берутся релятивистские струи
Типичные источники
- Активные галактические ядра (квазары, блазары, радиогалактики, сейфертовские галактики и другие)
- Нейтронные звезды
Джет (релятивистская струя) может состоять из:
- плазмы (заряженные частицы: электроны, позитроны и/или протоны),
- магнитного поля, которое часто играет ключевую роль в ускорении
- излучения
Ускорение до релятивистских скоростей: как достигается?
Типовые сценарии ускорения:
Магнитное ускорение
Плазма «разгоняется» за счёт энергии вращения и магнитного поля.
Шоковое/турбулентное ускорение (на больших масштабах)
При столкновениях потока с внешней средой или при внутренних вариациях плотности возникают ударные волны, на которых частицы разгоняются (например, по механизму Ферми-ускорения).
Комбинация кинетической и магнитной энергии
В начале поток может быть «более магнитным», а затем магнитная энергия превращается в кинетическую.
Как правило, наблюдения заставляют думать, что ускорение происходит не одним способом и не «мгновенно», а ступенчато: от окрестностей источника до взаимодействия с окружающей средой.
Структура релятивисткой струи
Джеты часто описывают как многомасштабные:
Базовая зона
Очень компактная область рядом с центром.
Переходная зона
Где поток перестраивается: ускорение, перестройка поля, формирование устойчивой структуры.
Внешний поток / терминальные области
Где джет (релятивистская струя) взаимодействует с окружающей средой: иногда образуются сильные ударные фронты, яркие области и расширяющиеся структуры.
В радиодиапазоне часто видно, что яркость и спектральные свойства меняются вдоль джета — это ключ к пониманию «где» и «как» происходит излучение.
Нестабильность
Реальные джеты (релятивистские струи) нестабильны. Возможные эффекты:
- неустойчивости плазмы
- гидродинамические/магнитогидродинамические неустойчивости
- изменение направления оси,
- образование внутренних шоков из-за вариаций скорости/плотности.
Это может проявляться как:
- волнообразность
- «изломы»
- локальные усиления яркости
- изменения спектра и поляризации
Джет (релятивистская струя) — не изолированный поток. Он:
нагревает и перемешивает окружающий газ,
может накапливать энергию в больших масштабах
влияет на формирование структур в галактическом окружении