На основе данных, полученных с различных космических обсерваторий и наземных телескопов, группа европейских астрономов провела многоволновое исследование яркого гамма-блазара S5 1044+71. Наблюдение объектов одновременно в разных диапазонах электромагнитного спектра позволяет получить наиболее полную физическую картину происходящих в них процессов. Результаты новой работы, опубликованные 26 февраля на сервере препринтов arXiv, представляют собой комплексный обзор данного блазара, помогающий глубже понять природу его активности.
Что такое блазары? Блазары являются чрезвычайно компактными квазизвёздными объектами (квазарами), активность которых связана со сверхмассивными черными дырами, расположенными в центрах гигантских эллиптических галактик. Они представляют собой наиболее яркий и экстремальный подкласс активных ядер галактик (АЯГ). Ключевой характеристикой блазаров является наличие узконаправленных релятивистских струй или джетов, которые представляют собой потоки плазмы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, и направленные почти точно в сторону Земли.
В астрофизике блазары принято делить на два класса в зависимости от свойств их оптического излучения. К первому классу относятся радиоквазары с плоским спектром (FSRQ, Flat-Spectrum Radio Quasars), в спектре которых присутствуют ярко выраженные широкие эмиссионные линии. Ко второму классу относятся объекты типа BL Ящерицы (BL Lac), у которых такие линии практически отсутствуют.
Блазар S5 1044+71 относится к классу FSRQ. Этот объект расположен далеко от нас, его красное смещение составляет 1,15, что указывает на расстояние, при котором свет идёт до нас миллиарды лет. Масса центральной сверхмассивной чёрной дыры в этой системе оценивается примерно в 3,5 миллиарда масс Солнца. S5 1044+71 представляет собой яркий источник излучения, который астрономы ассоциируют с гамма-источником 4FGL 1048.4+7143.
Предыдущие наблюдения S5 1044+71 выявили наличие квазипериодических осцилляций (QPO), то есть регулярно повторяющихся колебаний яркости в его кривой блеска в гамма-диапазоне с периодичностью около трёх лет. Чтобы точнее определить физический механизм, лежащий в основе этих циклов, команда исследователей под руководством Маттео Черрути из Университета Париж Сите (Франция) провела анализ объекта в спектрах от инфракрасного до гамма-излучения.
Что показали новые данные? В первую очередь, исследователи подтвердили устойчивую долгосрочную модуляцию излучения S5 1044+71 с характерным периодом около трёх лет (1100 дней). Этот процесс сопровождается выраженной корреляцией между оптическим и гамма-излучением, а также более слабой переменностью в рентгеновском диапазоне. В рамках этой долгосрочной переменности были зафиксированы четыре крупных эпизода повышенной активности, каждый из которых длился около года.
Кроме того, исследование показало, что колебания яркости в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах происходят практически синхронно с выбросами гамма-излучения (в пределах погрешности измерений), без существенных временных задержек. По мнению астрономов, это указывает на то, что переменность во всех исследованных диапазонах управляется единым физическим процессом.
Для объяснения физической природы этих долгосрочных циклов авторы работы предлагают модель прецессирующего релятивистского джета. В этом сценарии ось выброса плазмы совершает конусообразное вращение. Периодические изменения угла между осью джета и лучом зрения земного наблюдателя приводят к изменению видимой яркости объекта из-за эффекта релятивистского усиления Доплера, явления, при котором излучение источника, движущегося в сторону наблюдателя с околосветовой скоростью, кажется более интенсивным.
Основываясь на этой модели, ученые вычислили период прецессии джета, который составил приблизительно 1109 дней. Это значение полностью согласуется с характерным временным масштабом, выявленным при анализе кривой блеска методом непрерывного вейвлет-преобразования (CWT), а также с интервалами между наблюдаемыми вспышками.
В целом, результаты исследования показывают, что S5 1044+71 является типичным представителем своего класса. Анализ данных свидетельствует о том, что область генерации гамма-излучения в этом блазаре находится за пределами так называемой области широких линий (BLR, Broad-Line Region), плотного газового облака, окружающего чёрную дыру, в котором формируются оптические спектральные линии.
Как заключают исследователи, моделирование спектрального распределения энергии (SED) локализует область излучения за пределами BLR и подтверждает, что высокоэнергетический компонент формируется преимущественно за счёт механизма внешнего обратного эффекта Комптона (процесса, при котором релятивистские электроны джета передают энергию внешним низкоэнергетическим фотонам, превращая их в жёсткие гамма-кванты). Это делает данный объект перспективной целью для дальнейших наблюдений в диапазоне гамма-излучения сверхвысоких энергий.