圣大科学家阐释耀变体光辐射行为并描述其结构

文章的作者之一，圣大天体物理学教研室高级研究员德米特里·布利诺夫（Дмитрий Блинов）谈到，研究人员研究活动星系核的光偏振 50 已有多年。早在 1960 年代，圣大天体物理学教研室教授弗拉基米尔·亚历山德罗维奇·哈根托恩（Владимир Александрович Гаген-Торн）与列宁格勒国立大学天体物理学教研室副教授维克多·阿列克谢耶维奇·东布罗夫斯基（Виктор Алексеевич Домбровский）就该主题发表了第一批学术论文。

在宇宙中，主要物质集中在拥有数千亿颗恒星的星系中：银河系中大约有 200-400 个这类星系。星系的中心是超大质量黑洞，其质量相当于数百万到数十亿颗太阳。黑洞周围有大量的恒星、气体和尘埃，离黑洞太近的那些便会“掉”进去。然而，黑洞无法完全吞噬它们，而是以极快的等离子体射流的形式将部分物质抛入星系际空间，即所谓的射流。

研究这种现象最方便的客体是耀变体——具有非常高亮度的星系的活动核，其等离子体通量（射流）以不超过 15 度的角度指向地球。这些物体是宇宙伽马辐射的主要来源，其性质和特性尚未完全为人类所理解。除此以外，天文学家们对耀变体的其他现象也感到困惑，包括偏振面的旋转。

波的平面极化是振荡、变化的矢量（例如电）平面。在下图中，蓝色表示电矢量的振荡，红色表示平面极化。

我们在自然界中见到的光通常由许多指向不同方向的波组成，在这种情况下，偏振面的方向是随机的（左图）。完全偏振光（右图）仅在一个平面内随着电矢量的振荡传播——这种现象可以在一些激光器中观察到。然而，物理过程中产生的主要是部分偏振光，光束中的电磁波通常沿其中一个方向振荡。例如，中图展示了指向读者的部分偏振光束中的电磁波。

这正科学家们在研究耀变体时观察到的那种光：他们通过带有特殊偏振滤光片（）的望远镜研究星系的活动核，这种滤光片类似于太阳镜，只允许电磁波在一个平面内振动。

数十年的观测表明，耀变体中可见光的偏振面有时会旋转。科学家们提出了几个可以描述这种旋转机制的假说，但都没有足够的证据。圣大观测天体物理学实验室研究团队着重关

注其中一个理论模型，该模型于 2010 年的一篇学术文章中提出，圣大员工也参与了其撰写。

模型审视了极化平面的旋转，并预测这种旋转应该与反复爆发的伽马辐射一致。

为了验证这一假说，圣大研究团队与波士顿大学天体物理研究所、马克斯普朗克射电天文学研究所和其他科学机构的科学家合作，分析了费米伽马射线天文台的公开数据（该天文台观测最活跃的一个耀变体 3C 279），以及来自圣大天文台、克里米亚天体物理天文台、珀金斯望远镜等地的观测结果。

“我们将耀变体 3C 279 光辐射偏振的大量观测结果与费米望远镜的开放数据进行了对比。费米望远镜自 2008 年以来一直定期扫描整个天穹并显示伽马射线通量的分布。我们成功在这个耀变体中找到了一种爆发模式，随着光学偏振的旋转，这种模式重复了至少 3 次。

这证实了之前提出的解释极化旋转的模型，”德米特里·布利诺夫说道。此外，根据获得的数据，研究人员还可描述射流内部的结构。作为射流中心的快脊被一个较慢的外壳包围，它由环形凝结体组成。当等离子体凝块沿射流脊高速移动时，它会将低能光子从外壳散射至伽马范围的能量，从而导致科学家观测到的爆发。因为外壳的环形结构在多年的观测中呈现稳定，所以这种爆发重复了几次。

在研究过程中获得的结果已制成 3D 动画，它可以展示活动星系核内部发生的过程。根据德米特里·布利诺夫的说法，在未来，伽马范围内的爆发模型可以帮助澄清其他问题。比方说，根据其中一个假说，具有快速脊和慢壳的射流可以产生宇宙基本粒子——中微子，而爆发的重复模式可以找到发射宇宙中微子的耀变体。

视频：https://www.youtube.com/watch?v=L90Rqf4cxA8