Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



«Квантик»


 
журнал для любознательных





Главная / Задачи версия для печати

Очень быстрый джет

Айк Акопян
14.11.16

В 1929 году Эдвин Хаббл, проанализировав спектры далеких галактик, показал, что Вселенная расширяется. Он вывел эмпирический закон зависимости скорости убегания галактик от расстояния от нас до этих галактик: v = H0 D, где D — расстояние до галактики, v — скорость ее убегания (то есть составляющая скорости, направленная вдоль луча зрения «от нас»), а H0 — так называемая постоянная Хаббла, которую можно определить из наблюдений. Вообще-то, постоянная Хаббла имеет размерность, обратную времени, но часто ее измеряют в километрах в секунду на мегапарсек (сокращение — (км/с)/Мпк; так удобнее считать, потому что каждый следующий мегапарсек скорость убегания увеличивается на одну и ту же величину). Подробно мы обсудим природу этой формулы в послесловии.

Но если мы хотим найти расстояние до галактики, то одного закона Хаббла нам недостаточно, ведь скорость убегания неизвестна. Нужно использовать еще и эффект Доплера, обсуждавшийся в задаче «Радиальные скорости и экзопланеты». Чем выше скорость убегания, тем больше излучение смещается в длинноволновую (красную) область спектра.

Рис. 1. Чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется

Рис. 1. Чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Из-за эффекта Доплера ее излучение сильнее смещается в красную область спектра

В самом простом случае, когда скорости малые, относительное изменение длины волны можно найти в виде

\[ z=\frac{\Delta\lambda}{\lambda}=\frac{v}{c}, \]

где c — скорость света, а величина z называется красным смещением. В случае же, когда скорость v близка к c (то есть когда речь идет про очень далекие галактики, которые движутся очень быстро), формула выглядит следующим образом

\[ z=\sqrt{\frac{1+\beta}{1-\beta}}-1, \]

где β = v/c.

Зная величину z из непосредственных наблюдений, можно вычислить скорость v, а зная скорость и постоянную Хаббла H0, можно вычислить расстояние D. Тем самым существует однозначное соответствие между D и z, поэтому иногда вместо расстояния до объектов указывают их красное смещение.

Струйные выбросы (джеты) — это узконаправленные потоки плазмы, которые возникают, когда вещество, ускоряясь, падает (аккрецирует) на сверхмассивную черную дыру в центре какой-нибудь далекой галактики.

На рис. 2 показан такой джет, истекающий из галактики Лебедь A (Cygnus A). Изображение получено на радиотелескопе LOFAR. Точка в самом центре — это и есть сама галактика. Как видно, струйный выброс настолько энергичен, что распространяется дальше самой галактики — до тех пор, пока не разрушается, взаимодействуя с плазмой окружающей межгалактической среды.

Рис. 2. Джет галактики Лебедь А

Рис. 2. Джет галактики Лебедь А. Изображение с сайта astronomynow.com

Задача

Вам предлагается посчитать скорость подобного струйного выброса (и результат должен вас удивить). На рис. 3 показаны наблюдения джета галактики 3C 279 в разные годы. Желтая линия указывает масштаб объекта, ее длина — 5 угловых миллисекунд дуги.

Красное смещение этой галактики z = 0,5362. Считая, что постоянная Хаббла равна 75 (км/с)/Мпк, оцените скорость джета (проследив, например, за движением одного из уплотнений). Возможно ли, что джет в действительности движется с такой скоростью? Качественно и количественно объясните, в чем дело.

Рис. 3. Эволюция джета галактики 3С 279 с 1992 по 1998 год

Рис. 3. Эволюция джета галактики 3С 279 с 1992 по 1998 год. Рисунок с сайта astronomy.ua.edu

Подсказка 1

Подсказка 2

Решение

Послесловие



 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия