Изследването на блазара BL Lac е на международен колектив с българско участие

Фигура 1. Художествена интерпретация на явлението блазар и изхвърляната от него струя от високоенергийни частици.

Международен колектив с участието на български астрономи откри цикли на
осцилираща яркост в струя от високоенергийни частици, излъчвани от блазара BL Lac.
Резултатите от това изследване са публикувани в едно от най-престижните научни
списания в света – „Nature“, бр. 7926, том 609 от 8 септември 2022 г.

За реализирането на това изследване са използвани наблюдения на 37 различни
телескопа в 13 държави. Нашите резултати са получени с 2-метровия RCC телескоп и с
50/70 см Шмит телескоп на Националната астрономическа обсерватория Рожен, както
и с 60-сантиметровия телескоп в Астрономическата обсерватория в Белоградчик.
Съавтори на статията от българска страна от Института по астрономия с НАО са
учените: проф. д-р Румен Бачев, проф. д-р Евгени Семков, доц. д-р Антон Стригачев и
гл. ас. д-р Александър Куртенков. Това е втората публикация на този колектив учени
от БАН в престижното списание „Nature“ на тема блазари. Първата представи
изследване на блазара СТА 102 и беше публикувана през декември 2017 г. в брой 7685, том 552 на „Nature“.

Фигура 2. Крива на блясъка на блазара BL Lac по време на избухването през 2020 г. Показани са наблюденията в червената част на оптичния спектър (около 635 нанометра) и в гама диапазона (панели 1 и 4), а също така и наблюдаваната стойност и ъгъл на поляризация на светлината (панели 2 и 3).

Наблюденията на този тип обекти са организирани от д-р Клаудия Райтери и д-р
Масимо Вилата от Астрофизическата обсерватория в Торино (Италия) и включват
астрономи, които работят по целия свят (Whole Earth Blazar Telescope). Данните за
променливостта на блазарите в оптичната област се допълват с наблюдения в гама-
лъчи от сателитите AGILE на Италианската космическа агенция и Fermi на НАСА.
Тези наблюдения доведоха до откриването на цикличност на видимата яркост с период
около 13 часа на блазара BL Lac по време на силното избухване, наблюдавано във
всички области на спектъра през втората половина на 2020 г.

Фигура 3. Снимка на 50/70 см Шмит телескоп в НАО Рожен, с който са получени
голяма част от наблюденията на блазара BL Lac, използвани в публикацията.

Блазарите са вид активни галактически ядра, чийто източник на енергия е материя,
която пада върху свръхмасивна черна дупка в центъра на галактика. Около 10% от
активните галактични ядра изхвърлят двойка струи (наричани още джетове), които се
движат в междузвездното пространство със скорост, близка до светлинната. Явлението
блазар се наблюдава, когато една от тези струи е насочена почти директно към Земята,
което я прави да изглежда много по-ярка. Тези струи излъчват в целия дизпазон на
електро-магнитния спектър – от радио диапазона, през оптичната област, до
рентгеновите и гама лъчите. Интензитета на излъчване се променя бързо с времето,
като промените обикновено са случайни, без наличие на перидичност.

Фигура 4. Снимка на отворения купол на 2-м телескоп на НАО Рожен. Автор: В. Паскалев

BL Lac се намира приблизително на 1 милиард светлинни години от нас и масата на
черната дупка в ядрото му се оценява на около двеста милиона слънчеви маси. Екипът
от астрономи разкрива, че в струята на блазара се образува пречупване, което
изкривява магнитното поле по такъв начин, че наблюдаваната яркост се променя
периодично. Също така, наблюдаваната поляризация на видимата светлина от блазара
се мени с подобна периодичност, като яркостта. Наблюдавана е и корелация между

променливостта във видимата светлина и в гама лъчите, без отместване между тях,
което означава, че те се излъчват от една и съща област на струята.

Линк към публикацията в списание „Nature“: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05038-9

Източник: Институт по астрономия с НАО – БАН

Изследването разкрива в детайли тихото Слънце при ниски честоти

Фиг. 1 Калибрирани интерферометрични изображения на спокойната слънчева корона на 07.08.2021 г. в ниски честоти (24,60-78,90 MHz), наблюдавани от LOFAR. Белите елипси обозначават моментния лъч на LOFAR. Плътните бели кръгове обозначават размера на оптичния слънчев диск; пунктираните бели кръгове обозначават височината, която би съответствала на всяка честота, ако приемем, че това е локалната плазмена честота.

Слънцето е активна звезда, която има значителни радио емисии в широк честотен диапазон от kHz до THz, а слънчевата атмосфера има сложно разпределение на магнитното поле, плътност на плазмата и температура. Тези различни свойства на слънчевата атмосфера водят до различни характеристики на радиоизлъчването при различни честоти. Наблюденията в интерферометричен образен режим на слънчевите нискочестотни емисии могат да помогнат за диагностицирането на свойствата на плазмата на големи височини в слънчевата атмосфера.

Фиг. 2 – Калибрирани интерферометрични изображения на спокойната слънчева корона на 14.08.2021 г. в ниски честоти (24,60-78,90 MHz), наблюдавани от LOFAR. Белите елипси обозначават моментния лъч на LOFAR. Плътните бели кръгове обозначават размера на оптичния слънчев диск; пунктираните бели кръгове обозначават височината, която би съответствала на всяка честота, ако приемем, че това е локалната плазмена честота.

В своя скорошна разработка „Образни наблюдения на спокойното слънце в честотния диапазон от 20-80 MHz“, публикувана в авторитетното издание „The Astrophysical Journal“ (https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac6b37), международен екип от 10 учени обобщава резултатите от осъществени наблюдения на спокойното Слънце в метрови радио вълни, с което е постигната безпрецедентна пространствена разделителна способност за слънчеви наблюдения в тези честоти. За пръв път, авторите постигат прецизни измервания на температурата на яркостта и размера на нашата звезда в диапазона от 20-80 MHz, и наблюдават пространствено разрешени структури в слънчевата корона. Резултатите компенсират липсата на нискочестотни измервания на температурата на яркостта в предишни наблюдения.Екипът от учени, осъществил изследването, включва българските изследователи доц. д-р Камен Козарев и постдокторанта д-р Джан Пейдзин от Института по астрономия с НАО към БАН, както и техни колеги от Нидерландия, Ирландия, Китай, Полша, Белгия и Германия. Разработката е осъществена с подкрепата на Рамковата програма за научни изследвания и иновации „Хоризонт 2020“ на ЕС, проект „STELLAR“ и на Националната научна програма ,,Върхови изследвания и хора за развитие на европейската наука” (ВИХРЕН) на Фонд ,,Научни изследвания”.

Счита се, че радиоизлъчването на спокойното Слънце се дължи на топлинно спирачно излъчване от електрони в горещата слънчева атмосфера. Свойствата на тихото Слънце в микровълновия спектър са щателно проучени и могат да бъдат добре описани от емисионния спектър на спирачно лъчение. В обхвата на метровата и декаметрови дължини на вълната свойствата на спокойното Слънце са почти неизследвани поради инструментални ограничения. В новото проучване учените са използвали телескопа LOw Frequency ARray (LOFAR), за да изпълнят висококачествена интерферометрична образна спектроскопия — образни наблюдения на слънчево радио излъчване от спокойната корона при честоти под 90 MHz. Представен е температурният спектър на яркостта и размера на Слънцето в честотния диапазон 20-80 MHz. Изследването съобщава за тъмни коронални области с ниска температура на яркост във всички наблюдавани честоти. Температурният спектър на яркостта на тихото Слънце е разгледан и сравнен с емисиите на спирачно лъчение на коронален модел и с предишни наблюдения на спокойното Слънце.

Фиг. 3 – Температурният спектър на яркостта, наблюдаван от LOFAR (червен цвят), температурата на яркостта на модела (плътно черно) и предишни наблюдения.

Фигура 4 – Температурните спектри на яркостта на няколко избрани коронални позиции. В зелено се вижда спектърът на много радио тъмна област в короната, наблюдавана на 07.08.2021 г. (горно слънчево радио изображение).

С въвеждането на програмата за обновяване LOFAR 2.0, в близко бъдеще този телескоп ще придобие още по-висока разделителна способност в пространствено, времево и честотно отношение, което дава възможност на учените да изучават по-детайлно атмосферата на Слънцето. България участва активно в работата по обновяване и развиване на радио телескопа LOFAR чрез изграждане на собствена наблюдателна станция LOFAR-BG, обект от Националната пътна карта за научна инфраструктура, ръководена от Министерство на образованието и науката. Институтът по астрономия води консорциума LOFAR-BG, който работи за развитие на радио астрономията в България.