Ein astrophysikalischer Strahl (im Folgenden "Strahl") ist ein Phänomen, das in der Astronomie sehr häufig beobachtet wird , wenn sich Materiewolken entlang der Rotationsachse eines kompakten Objekts bilden. Während Jets noch Gegenstand laufender Forschungen sind, um ihre Bildung und Funktion zu verstehen, sind die beiden wahrscheinlichsten Hypothesen ihres Ursprungs die dynamischen Wechselwirkungen innerhalb einer Akkretionsscheibe oder eines verwandten Prozesses mit einem sehr dichten zentralen Objekt (wie einem Schwarzen Loch) oder ein Neutronenstern ). Wenn Materie mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen wird , werden diese Objekte aufgrund der wichtigen Auswirkungen der speziellen Relativitätstheorie als "relativistische Jets" bezeichnet . Die größten Düsen sind jene , die in von schwarz Löchern kommen aktiven Galaxien wie Quasare oder Radiogalaxien . Andere Systeme können auch Jets enthalten, wie z. B. kataklysmische variable Sterne , X-Binärdateien und variable Sterne vom Typ T Tauri . Die Objekte von Herbig-Haro werden durch Interaktion der Jets im interstellaren Medium erzeugt . Die bipolaren Jets oder Jets können auch mit Protosternen (junge Sterne im Training) oder entwickelten Sternen assoziiert sein, die als planetare Protonébuleus bezeichnet werden (häufig in Form von bipolaren Nebeln ).
Viele Sternobjekte mit Akkretionsscheiben haben Jets, aber diejenigen, die von supermassiven Schwarzen Löchern stammen, sind im Allgemeinen die schnellsten und aktivsten. Während es noch unbekannt ist, wie Akkretionsscheiben Jets beschleunigen oder Elektronen-Positronen-Plasma erzeugen, wird angenommen, dass sie verwickelte Magnetfelder erzeugen , die Jets beschleunigen und fokussieren. Die Hydrodynamik des Tuyère de Laval liefert einen Hinweis auf die beteiligten Mechanismen.
Die relativistischen Jets sind sehr starke Plasmastrahlen , die Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit erreichen und von den zentralen aktiven Galaxien der Schwarzen Löcher (insbesondere Radiogalaxien und Quasare ), den stellaren Schwarzen Löchern und den Neutronensternen abgegeben werden . Ihre Länge kann mehrere tausend und sogar mehrere hunderttausend Lichtjahre erreichen, wobei der Rekord bei fast 1,5 Millionen Lichtjahren liegt. Wenn die Geschwindigkeit des Strahls nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt, sind die Auswirkungen einer speziellen speziellen Relativitätstheorie beträchtlich. Beispielsweise ändert relativistische Strahlung (en) die scheinbare Helligkeit des Strahls (siehe "einseitige" Strahlen unten). Die Mechanik hinter diesen beiden Jet-Kreationen und die Zusammensetzung der Jets sind in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer noch Gegenstand zahlreicher Debatten. Die Zusammensetzung eines Strahls kann variieren, einige Studien bevorzugen ein Schema, bei dem die Strahlen aus einer elektrisch neutralen Mischung von Kernen , Elektronen und Positronen bestehen , während andere einheitlich aus Elektronen-Positronen-Plasma bestehen.
Massive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien haben die stärksten Jets. Ähnliche viel kleinere Jets entwickeln sich aus Neutronensternen und stellaren Schwarzen Löchern . Diese Systeme werden oft als Mikroquasare bezeichnet . Nehmen wir das Beispiel des SS 433- Systems , dessen Strahl eine Geschwindigkeit von 0,23 c erreicht hat , obwohl andere Mikroquasare viel höhere (aber noch nicht gemessene) Strahlgeschwindigkeiten erreichen. Schwächere und weniger relativistische Jets können mit vielen binären Systemen verbunden werden. Der Beschleunigungsmechanismus dieser Jets ähnelt möglicherweise dem magnetischen Wiederverbindungsprozess , der sowohl in der Erdmagnetosphäre als auch im Sonnenwind beobachtet wird .
Die Haupthypothese, die in der Astrophysik existiert, ist, dass die Bildung relativistischer Jets der Schlüssel ist, der die Erzeugung von Gammastrahlen-Bursts (oder SRGs) erklärt. Diese Jets haben einen Lorentz-Faktor von ~ 100 oder mehr (d. H. Eine Geschwindigkeit von über 0,99995 c oder so), was sie zu den schnellsten bisher bekannten Himmelsobjekten macht.
Einer der besten Ansätze zur Beobachtung der Mechanismen, die Jets erzeugen, besteht darin, die Zusammensetzung eines Strahls über einem direkt beobachtbaren Strahl zu bestimmen. Die meisten Beobachtungen und Analysen zeigen, dass die Jets hauptsächlich aus Elektron- Positron- Plasma bestehen .
Die Spur von Kernen, die in einem relativistischen Elektronen-Positronen-Strahl gescannt wurden, sollte viel Energie freisetzen, da diese schwereren Kerne eine Geschwindigkeit erreichen, die der Geschwindigkeit von Positronen und Elektronen entspricht.
Die Erzeugung von 5- MeV- Elektronen-Positronenstrahlen im Labor ermöglicht es, Aspekte wie den Schockeffekt von SRGs und die Wechselwirkung verschiedener Partikel mit und innerhalb relativistischer Elektronenstrahl-Positronen (z. B. die Verbindung der Elektronen-Positronenstrahlen) zu untersuchen ).
Aufgrund der enormen Energiemenge, die erforderlich ist, um einen relativistischen Strahl anzutreiben, wird angenommen, dass einige Jets durch die Rotationskraft von Schwarzen Löchern angetrieben werden . Es gibt zwei sehr bekannte Theorien darüber, wie Energie vom Schwarzen Loch auf den Jet übertragen wird.
Jets können auch von Neutronensternen wie dem Pulsar IGR J11014-6103 (en) beobachtet werden , der den größten in unserer Galaxie beobachteten Jet erzeugt, die Milchstraße . Dieser Strahl kann mit Röntgenstrahlen beobachtet werden und hat keine Funksignatur. Der Jet IGR J11014-6103 (en) hat eine geschätzte Geschwindigkeit von 0,8 c. Es ist nicht in der neuesten Liste von AMXP (Röntgenbeobachtete Pulsare) enthalten, und es wurde keine Zunahme der Materie beobachtet. Es wurde angenommen, dass sich dieser Stern schnell dreht, aber Messungen, die nach dieser Annahme durchgeführt wurden, haben gezeigt, dass seine Rotationsgeschwindigkeit nur 15,9 Hz beträgt . Diese eher langsame Rotationsgeschwindigkeit sowie das Fehlen einer Akkretion von Materie legen nahe, dass dieser 0,8c-Elektronen-Positronenstrahl weder durch Rotation noch durch Akkretion angetrieben wird. In der Abbildung ist der mit der Rotationsachse des Pulsars ausgerichtete Strahl senkrecht zur Flugbahn des Pulsars und erstreckt sich über mehr als 37 Lichtjahre (zehnmal so weit von unserer Sonne bis zum meisten Stern in der Nähe). Seltsamerweise sind manchmal große Wolken aus Elektronen-Positronen- Plasma in der Nähe gewöhnlicher Neutronensterne zu sehen, die keine Jets haben.
Während der IGR J11014-6103 keine Akkretionsscheibe oder keinen Akkretionshorizont (Schwarzes Loch) hat , kann sein 0,8 c-Strahl nicht durch die im vorherigen Abschnitt entwickelten Prozesse betankt werden.
Centaurus A wurde mit Röntgenstrahlen beobachtet und enthüllte seinen relativistischen Strahl.
Der vom Karl G. Jansky Very Large Array - Radioteleskop mittels Funkwelle beobachtete M87-Strahl (das Sichtfeld ist größer und im Vergleich zum vorherigen Bild gedreht)
Hubble-Bildarchiv des relativistischen Strahls von 3C 66B (in) im nahen UV
In der Galaxie NGC 3862 kann ein extragalaktischer Materiestrahl, der mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit projiziert wird, unter einem bestimmten Winkel beobachtet werden.