КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 26-12-00190
НазваниеСвязь процессов коллимации и самопоглощения синхротронного излучения в джетах с физическими условиями в ближайших окрестностях сверхмассивных чёрных дыр
Руководитель Нохрина Елена Евгеньевна, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №124 - Конкурс 2026 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-503 - Ионосферная и космическая плазма
Ключевые слова астрофизическая плазма, синхротронное излучение, радиоинтерферометрия, релятивиcтские струйные выбросы, активные ядра галактик, чёрные дыры
Код ГРНТИ29.05.45
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Согласно современным представлениям, большая часть наблюдаемых проявлений активности в ядрах галактик связана с процессом аккреции материи на вращающуюся сверхмассивную дыру. Такие активные ядра галактик (АЯГ) могут формировать узкоколлимированные релятивистские струйные выбросы (джеты), наблюдаемые на масштабах от нескольких гравитационных радиусов до сотен килопарсек и в диапазонах электромагнитного спектра от метровых волн до энергий порядка ТэВ. Экстремальная светимость джетов в сочетании с усилением их излучения, вызванным релятивистским движением плазмы, позволяет регистрировать эти объекты на космологических расстояниях. Данное свойство делает их идеальными реперами для наиболее точного определения опорной инерциальной системы координат, используемой в задачах спутниковой навигации и прецизионного позиционирования.
Настоящий проект нацелен на решение фундаментальных вопросов, касающихся вклада черной дыры (посредством извлечения ее вращательной энергии) и аккреционного диска (за счет энергии аккрецируемого вещества) в энерговыделение центральной машины, а также механизмов переноса энергии и формирования излучения джета. Для решения этой проблемы будет использован комплексный подход, сочетающий анализ современных наблюдательных данных, полученных на инструментах мирового класса, с разработкой передовых теоретических моделей.
На основе проведенных многоэпоховых наблюдений на двух частотах для выборки наиболее перспективных близких источников планируется существенное расширение базы объектов с продетектированным изломом в форме джета. Совместно с аналитическим моделированием это позволит определить ключевые параметры выброса, центральной машины и окружающей среды для десятков источников.
В рамках проекта мы предлагаем впервые использовать моделирование и наблюдения ядер выбросов для поиска излома в частотной зависимости их положения. Реализация этой задачи позволит разработать совершенно новый метод поиска излома формы джетов, который в перспективе может стать инструментом идентификации черных дыр с экстремальным вращением.
Анализ адиабатической эволюции функции распределения излучающих частиц в джетах, а также исследование источников со слабым радиоядром и яркой стационарной деталью ниже по течению струи, предоставят возможность изучить баланс энергий магнитного поля и излучающей плазмы и его эволюции вдоль выброса. Это напрямую связано с проблемой переноса энергии джетами.
Развитие указанных методов будет способствовать формированию нового класса астрофизических задач для наблюдений с высоким разрешением в миллиметровом диапазоне. Данное направление является особенно актуальным в контексте планирования параметров новых инструментов и долгосрочных программ наблюдений. Совокупность результатов, полученных в рамках предлагаемого проекта, будет способствовать достижению его основной цели - построению наиболее детальной модели процессов, регулирующих выделение и перенос энергии в релятивистских струйных выбросах из АЯГ.
Ожидаемые результаты
1. Систематический анализ профилей коллимации внегалактических струйных выбросов по данным одноэпоховых карт, полученных методами радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), а также стековых карт - совмещенных по положению РСДБ-ядра (яркой стационарной детали на картах) и усредненных между собой одноэпоховых изображений. Обнаружение новых объектов с изломами формы наблюдаемой границы выброса (переходом от квазипараболической к квазиконической формы границы выброса). Восстановление профиля скорости и фактора Доплера вдоль выброса для источников с детектируемым контр-джетом. Аналитические модели и методы сопоставления наблюдаемой и аналитически промоделированной формы границы джета. Усовершенствованный метод оценки параметров активных ядер галактик на основе информации, полученной сопоставлением наблюдаемой и моделируемой формой границ выбросов. Оценки ключевых характеристик активных ядер галактик (АЯГ) на основе этих методов. Ограничения на величину светового цилиндра для всей выборки источников с изломом, вывод о возможных радиусах запуска джетов. Вывод о роли черной дыры в запуске выбросов по результатам сравнения наблюдаемой и оцениваемой в рамках модели Блэндфорда-Знайека мощности джетов. Возможные корреляции параметров излома с типами АЯГ.
2. Физическое объяснение видимого положения ядра частоты, полученное путём разработки модели неконических ускоряющихся истечений вещества. Применение этого метода к измерениям частотных сдвигов ядра для получения уточнённых оценок наиболее вероятных физических параметров релятивистских джетов. Поиск изломов в частотной зависимости видимого положения ядра по данным новых наблюдений и уже имеющимся данным. Связь излома сдвига ядра с изломом формы джета. Разработка методики поиска признаков экстремального вращения черной дыры по детектированию изломов на высоких частотах.
3. Выводы об адиабатической эволюции функции распределения излучающих частиц по питч-углу и энергии в параболическом джете с плотной сердцевиной. Вывод о влиянии этого эффекта на излучение джета, включая яркостную температуру.
4. Наблюдательное определение параметров РСДБ-ядер и стационарных ярких компонент ниже по течению джета для выборки АЯГ с аномальными яркостными температурами этих деталей (пониженной - у ядра и повышенной – в компоненте ниже по джету): плотности потока, размера, яркостной температуры на нескольких частотах. Получение карт спектрального индекса и измерение сдвига ядра с частотой для объектов выборки. Оценка физических параметров джетов. Проверка гипотезы об отклонении от состояния равнораспределения по энергии между излучающей плазмой и магнитным полем в таких источниках. Возможные физические объяснения полученных параметров.
Значимость результатов.
Существенное увеличение выборки источников с изломом формы границы выброса вместе с уже разработанными и разрабатываемыми нами моделями, объясняющими этот эффект, позволит получит для значимого числа источников оценки ключевых параметров выброса и внешней среды. Использование дополнительных оценок мощности выброса позволит исследовать вопрос о вкладе извлекаемой энергии вращения черной дыры в общее энерговыделение джета. Систематическое совместное изучение эффекта излома формы выброса с кинематикой на большой однородной выборке объектов позволит дать ответ на вопрос о связи области ускорения и коллимации с изломом, то есть позволит понять масштабы трансформации энергии электромагнитного поля в кинетическую энергию плазмы. Информация, полученная на основе анализа изломов, даст инструмент, который потенциально позволит понять физику различий АЯГ разных типов. Разработка методов исследования излома видимого сдвига ядра вместе с текущим бурным развитием миллиметровой интерферометрии способны дать не только инструмент поиска излома формы, но и инструмент надежного указания на экстремальное вращение черной дыры. Последний вопрос выходит за рамки астрофизики и представляет общефизический интерес. Последовательное исследование адиабатической эволюции функции распределения излучающих частиц станет новым инструментом анализа данных наблюдений активных ядер и связи карт полной интенсивности и спектрального индекса со свойствами плазмы. Исследованию состояния плазмы - баланса энергий магнитного поля и излучающих частиц - посвящена и задача об изучении ядер с низкими яркостными температурами. Поэтому результаты наших исследований будут востребованы самой широкой научной аудиторией. Оценки физических характеристик выбросов по имеющимся данным наблюдений и аналитическому моделированию определяют параметры, закладываемые в планирование новых и модернизирующихся коротковолновых и миллиметровых наземных (Global Millimeter VLBI Array, next generation Event Horizon Telescope, next generation Very Large Array) и наземно-космических (“Миллиметрон”, Black Hole Explorer и др.) инструментов.
Соответствие результатов мировому уровню.
Поставленные задачи и ожидаемые результаты способны существенно повлиять на направление исследований активности галактических ядер и понимание их природы. Наша группа первой осуществила систематический поиск изломов на большой выборке источников с применением метода стекового картографирования (автор метода - основной исполнитель проекта А.Б. Пушкарев). В данном проекте мы планируем значимо увеличить эту выборку источников и перевести исследование связи изломов формы с кинематикой на качественно новый уровень благодаря уникальным данным наблюдений на пяти эпохах. Наша группа является лидером в аналитическом моделировании изломов в джетах и использовании параметров изломов для определения характеристик АЯГ (см., например, Ricci et al., 2022, A&A, 664, A166; Yan et al., 2025, ApJ, 991, 75). Члены коллектива являются лидерами в моделировании видимого сдвига ядра, включая его излом, и интерпретации соответствующих наблюдений. Для развития методов будут проведены наблюдения восьми источников на девяти частотах наблюдения (PI - Е.Е. Нохрина, члены заявки - Е.В. Кравченко, А.П. Лобанов, И.М. Костричкин). Основной исполнитель Попков А.В. является пионером систематического исследования АЯГ с аномально тусклыми радиоядрами; в проекте будут анализироваться полученные по его заявке уникальные наблюдательные данные по этим объектам. Члены научного коллектива являются признанными мировыми специалистами в области исследования АЯГ, а многие их статьи успели стать классическими, собрав многие тысячи цитирований.
Возможность практического использования ожидаемых результатов, усовершенствования применяемых технологий.
Анализ источников со слабым ядром и яркой компонентой в джете позволит уточнить координаты их ядер, что даст возможность скорректировать список опорных источников инерциальной системы отсчета, тем самым повысив ее точность. Кроме того, это позволит улучшить точность взаимной привязки реализаций инерциальной системы отсчета (ИСО) в радио- (РСДБ) и оптическом (Gaia) диапазонах, поскольку данные источники имеют значимые различия между РСДБ- и Gaia- координатами. Прогресс в изучении эффекта сдвига ядра джетов с частотой актуален для развивающейся сейчас многочастотной РСДБ-астрометрии (диапазоны от 2 до 130 ГГц). Всё это важно для задач измерения параметров вращения Земли и дальнейшего повышения точности глобального позиционирования.