Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Несмотря на недавние результаты Телескопа Горизонта Событий по картографированию тени от черной дыры в радио галактике М87, вопрос о природе релятивистских выбросов Активных Ядер Галактик (АЯГ) остается крайне актуальным. Консенсусом является определяющая роль магнитного поля в процессах формирования, коллимации, распространения и ускорении струйных выбросов, исследованию которого посвящен данный проект. Решение этих вопросов нашей научной группой выполняется комплексно с использованием теоретических и экспериментальных подходов. Нами проведено полу-аналитическое моделирование в рамках идеальной магнитной гидродинамики физических параметров выброса, необходимых для расчета карт интенсивности синхротронного излучения и создан код для численного расчета переноса поляризованного излучения. Новым результатом является воспроизведение эффекта уярчения выброса к краю из-за медленного движения внешней оболочки джета в модели с замыканием электрического тока. Воссоздана наблюдаемая трехгорбая поперечная структура выброса в М87 в рамках МГД-модели с высокой замагниченностью. Используя многоэпоховые РСДБ-наблюдения М87 в рамках проекта MOJAVE на 15 ГГц, мы построили изображение поляризационного профиля в ее струе, с оценкой влияния различных эффектов на значимость результата методом Монте-Карло моделирования. Более того, используя первые аналитические вычисления МГД-модели и созданный код численного расчета переноса излучения, проведено моделирование поляризационной структуры струи в М87, которое качественно воспроизводит наблюдаемую картину. Другим мощным инструментом зондирования конфигурации магнитных полей и окружающего струи вещества является картографирование Фарадеевской меры вращения (МВ). На основе наблюдений квазара 3С273, являющимся прототипом данного класса объектов и самым достоверным случаем поперечного градиента МВ, мы предложили модель широкой тепловой замагниченной оболочки, расположенной вокруг струи в непосредственной от нее окрестности. По величинам фарадеевского вращения на внешних экранах для М87 и 3С 273 и тороидального магнитного поля в экране, получены ограничения на рассматриваемые модели в пользу выброса с замыканием тока для дальнейшей работы по построению модельных карт поляризации в струях АЯГ. На основе самого масштабного наблюдательного материала, мы исследовали вопрос локализации гамма-излучения в релятивистских струях. Используя 376 индивидуальных наблюдений 331 АЯГ на шкале 15 лет в рамках проекта MOJAVE, нами показана значимая корреляция между гамма-излучением и радио-потоком компактного ядра. Это указывает не только на локализацию генерации высокоэнергетического излучения в окрестностях СМЧД, в области активной коллимации и ускорения релятивистских струй, но также служит подтверждением модели распространяющихся в струе ударных волн. Используя наблюдения в рамках проекта MOJAVE, нами впервые массово исследован вопрос распределения напряженности магнитного поля и концентрации частиц в струях 448 АЯГ. Распределение яркостных температур с расстоянием от ядра указывает на преобладание тороидального магнитного поля, что служит хорошим подтверждением используемых нами при расчетах МГД-моделей. Благодаря созданным инструментам моделирования (полуаналитические МГД-модели и перенос излучения), мы обнаружили систематическую ошибку спектральных РСДБ-карт, связанную, по видимому, с традиционно используемым алгоритмом построения изображений, и приводящую к неверной интерпретации наблюдательных результатов. Мы предложили и реализовали способ коррекции этой систематики.

Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Последние работы по высокочувствительным поляриметрическим радиоинтреферометрическим наблюдениям струйных выбросов из активных ядер галактик (АЯГ) указывают на ключевую роль магнитного поля в процессах их формирования, распространения и ускорения. Исследованию параметров, связанных со структурой магнитного поля струй АЯГ и посвящен данный проект. Решение поставленных задач выполняется нашей группой с использованием теоретических, экспериментальных и смешанных подходов. Это реализовано в виде полу-аналитического моделирования в рамках идеальной магнитной гидродинамики (МГД) физических параметров выброса и численного расчета переноса синхротронного поляризованного излучения через результаты МГД-расчетов. На основе универсального результата о наличии центральной плотной медленной сердцевины, ее относительно высокой интенсивности и характерной поляризационной картины сделан вывод о необходимости подавления “нагрева” плазмы в центре струй для объяснения наблюдаемых распределений интенсивности. Этот результат позволяет ограничить модели нагрева плазмы в джетах. Нами также показано, что обычные модели нагрева плазмы не согласуются с типично наблюдаемыми радио изображениями струй, в том числе в линейной поляризации. Это указывает на нагрев частиц на границе струи за счет взаимодействия с окружающей средой. Самым вероятным сценарием является ускорение частиц вследствии развития в струях неустойчивостей (типа Кельвина-Гельмгольца). Мы активно занимаемся реализацией этого сценария при моделирования наблюдаемого излучения. По сути единственным прямым инструментом зондирования магнитных полей и вещества струй являются поляриметрические многочастотные наблюдения. Такие исследования довольно редки, т.к. требуют значительных наблюдательных ресурсов. Нами, на основе проведенных широкополосных наблюдений выборки АЯГ, получены распределения фарадеевского вращения в окружающей релятивистскую струю плазме. Также, на основе симуляций, проведены оценки возможного вклада внутреннего вращения. Оценка влияния различных инструментальных эффектов на значимость результата выполнена методом Монте-Карло моделирования. Эти измерения и восстанавливаемая конфигурация магнитного поля позволят ограничить рассматриваемые параметры для усовершенствования моделей и модельных карт поляризации в релятивистских струях. Используя данные самого детального радиоинтерферометрического мониторинга струи в радио галактике М87 на 43 ГГц, мы восстановили карту линейной поляризации в ее основании, т.е. в непосредственной близости от центральной сверхмассивной черной дыры. В рамках проекта впервые статистически показана связь высокоэнергетического излучения с протяженными областями струй. По-видимому, такая связь является результатом распространения возникающих в компактных областях возмущений вдоль струи. Например, в модели ударных волн. Этот же вывод независимо подтверждается совершенно другим анализом, реализованным в проекте. Градиент яркостных температур и размеров компонентов струй с удалением от ядра указывает на преобладание тороидального магнитного поля и адиабатические потери распространяющихся в струях возмущения. Это служит хорошим обоснованием используемых нами при расчетах МГД-моделей.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В этом проекте исследуются механизмы формирования релятивистских струй, их состав, механизмы ускорения и излучения на разных длинах волн, где рождается и как распространяется это излучение. Детально рассматриваются свойства и структура магнитного поля, которое играет ключевую роль в процессах формирования, распространения и ускорения струй из Активных Ядер Галактик (АЯГ). Мы используем полу-аналитическое моделирования структуры струй в рамках идеальной магнитной гидродинамики (МГД), численный расчет переноса синхротронного поляризованного излучения через результаты МГД-расчетов, и, таким образом, сравниваем модельные расчеты с данных реальных наблюдений, полученных на Радиоинтерферометрах со СверхДлинными Базами (РСДБ). По сути единственным прямым инструментом исследования магнитных полей и вещества струй являются поляриметрические многочастотные РСДБ-наблюдения. На основе РСДБ-наблюдений выборки 20 АЯГ на частотах 5-8-15-24-43 ГГц нами проведено зондирование окружающей релятивистскую струю плазмы используя эффект Фарадеевского вращения плоскости линейной поляризации. Восстановленное направление линейной поляризации и поперечные профили меры вращения согласуются с разработанными МГД-моделями стратифицированной струи. Используя симуляции, мы провели оценку возможного вклада в наблюдаемое Фарадеевское вращение плазмы, находящейся непосредственно в областях излучения. Оценка влияния различных инструментальных эффектов на значимость полученных результатов была выполнена методом Монте-Карло моделирования. Как выполненные измерения, так и проведенные симуляции позволяют ограничивать рассматриваемые модели структуры струи и состава плазмы. Совсем недавно был закончен наиболее масштабный проект по мониторинговым поляризационно-чувствительным РСДБ-наблюдениям около четырех сотен струй АЯГ на протяжении почти четверти века. Стали доступными усредненные карты линейной поляризации, характеризующие структуру крупномасштабного магнитного поля, и карты переменности поляризации. Оказалось, что среди нескольких характерных картин распределения средней поляризации встречается нетипичное для широкого класса моделей спирального магнитного поля распределение. Причем таким нетипичным случаям средней поляризации сопутствуют характерные картины распределения переменность поляризации в струях. В рамках проекта мы предложили объяснить такие случаи моделью прецессирующей струи со спиральным магнитным полем. С помощью симуляций многоэпоховых РСДБ-наблюдений прецессирующей струи мы воспроизвели наблюдаемые поляризационные профили: значимая деполяризация интенсивности в центре струи, сопровождающаяся повышенной переменностью направления линейной поляризации. Используя разные угла наклона струи к лучу зрения и разные степени закрутки магнитного поля, полученные и другие зачастую наблюдаемые поляризационные профили. Наблюдательное проявление релятивистских струй определяется не только их МГД-структурой (распределением магнитных полей, скорости), но и распределением излучающих (т.е. каким-то образом нагретых) релятивистских частиц. При этом разные модели нагрева предсказывают разные характерные наблюдаемые картины. Для ограничения моделей нагрева нами впервые были исследованы особенности поперечных профилей полной интенсивности в релятивистских струях из АЯГ в рамках самосогласованного МГД-подхода. Для этого были рассмотрены МГД-модели струи с различным поведением плазмы вблизи границы (с медленной оболочкой и без нее), ширинами, мощностями, скоростями плазмы и моделями нагрева излучающих частиц. На основании сравнения модельных и наблюдаемых поперечных профилей интенсивности при различных углах наблюдения струи получен вывод о предпочтительности модели омического нагрева излучающих частиц и их ускорении в области неустойчивостей вблизи границы выбросов. Эффект частотного сдвига самой яркой на РСДБ-картах области - РСДБ-ядра - широко используется для оценки физических параметров струй. Этот эффект так же важно учитывать при построении высокоточных систем отсчета, основанных на далеких квазарах. Однако, зачастую для предсказания величины эффекта и оценки параметров используется простая модель конической релятивистской струи с постоянной скоростью. Теоретически ожидается, что начало струи имеет параболическую форму и эффективно ускоряется, что согласуется как с прямыми наблюдениями близких объектов, так и с оценками, полученными для далеких квазаров. Нами был рассмотрен эффект наблюдаемого сдвига ядра для параболических ускоряющихся струй. Получены формулы для оценки величины магнитного поля и концентрации излучающей плазмы по измеренному сдвигу ядра для источников с известной формой границы выброса. Показано, что учет параболической формы и ускорения выброса приводит к оценкам величины магнитного поля примерно в 3-6 раз меньше, чем в моделе конической струи. При этом полученные оценки для величины полного магнитного потока в выбросе и магнитного поля на масштабах порядка гравитационного радиуса находятся в диапазоне ожидаемых значений. Так, для радиогалактики М87 величина магнитного поля у черной дыры хорошо согласуется с результатами наблюдений Телескопа Горизонта Событий.