AGNs

1. AGNs

2. רקע בשנת 1932 מתגלה מקור קרינת הרדיו הראשון. (Cygnus A) בהמשך התגלו מקורות נוספים. חלק מן המקורות המתגלים, קורנים בתחומים רחבים של הספקטרום האלקטרומגנטי, החל ברדיו וכלה בגמא. עוצמת הקרינה (גבוהה מאד) וטיבו של הספקטרום (לא תרמי) מעידים כי אין מדובר בקרינה שמקורה בתהליכים גרעיניים. חלק מן המקורות מתאפיינים בשינויים מחזוריים בהערה מסדרי גודל של ימים (הכפלות זמני מחזור של עד כ-15 דקות). השאלה: מהו המקור להארתם של המקורות הללו

3. רקע ההצעה הסבירה ביותר: ספיחה לחור שחור סופר מאסיבי מהסוג המצוי במרכזי גלקסיות (106-1010 מסות שמש). מרכזי הגלקסיות הללו נקראים מעתה בשם: AGNs - Active galactic nucleus שימו לב: לא כל חור שחור במרכז גלקסיה מהווה AGN.

4. מיון - פרק א' את ה-AGN נוכל לחלק למספר סוגים. החלוקה מתבצעת בראש ובראשונה ע"פ הספקטרום. הספקטרום יכול לכלול חלק מן המרכיבים הבאים: - פליטה תרמית בתחום האופטי וה-UV - פליטה תרמית ב-IR - פליטת סינכטרון מרדיו ועד ברנטגן - קווים ספקטרליים צרים - קווים ספקטרליים רחבים - פליטה בתחום רחב של גמא

5. ספקטרום אופייני 9 BLUE BUMP 8 IR BUMP 7 6 5 Log 𝜈F𝜈 Radio Loud 4 3 Radio Quiet 2 1 10 12 14 16 18 Log 𝜈

6. מיון - פרק א' נפנה לפירוט סוגים שונים של AGN ע"פ הספקטרומים שלהם. נעשה זאת אבל רק לאחר שניתן שלוש חלוקות מרכזיות: - לפי העוצמה ברדיו - Radio-Quiet ו-Radio-Loud - לפי קווים ספקטרליים - צרים, עבים או חסרים סוג 2 סוג 1 סוג 0 Radio-Quiet Radio-Loud

7. מיון - פרק א' סוג 1 קווים רחבים Syfert 2 Syfert 1 BAL? IR Quasar? QSO סוג 0 העדר קווי פליטה סוג 2 קווים צרים BLRG BL Lac FR I Radio-Quiet FSRQSSRQ FSRQ FR II Radio-Loud בלייזרים גלקסיות רדיו קווזארים

8. מיון - פרק ב' כעת ראוי לנסות ולהבין את החלוקות לסוגים. החלוקה לפי העוצמה ברדיו מתארת ככל הנראה פיזיקה שונה - קיומו או אי קיומו של ג'ט. החלוקה שכן אפשר לעשות בה סדר הינה החלוקה לפי הסוגים. שאלה: מה גורם לקווים ספקטרליים "להימרח"? אפקט דופלר

9. מיון - פרק ב' נעשה סדר בהבדלים בין סוג 1 לסוג 2: סוג 2 סוג 1 קווים צרים - מהירויות נמוכות קווים רחבים - מהירויות גבוהות ספקטרום תרמי המגיע עד כדי IR או לכל היותר אור נראה (קר) ספקטרום תרמי המגיע עד כדי UV או רנטגן רך (חם) המסקנה מסיבה כלשהי, בסוג 1 אנו רואים לעומקה של המערכת בעוד בסוג 2, התמונה ממוסכת.

10. מיון - פרק ב' רדיו IR רנטגן

11. מיון - פרק ב' ליבו של ההבדל בין הסוגים השונים מקורו בזווית הראיה: סוג 1 סוג 2 סוג 0

12. הערות על מודל האיחוד • למודל האיחוד הוכחות רבות, חלקן תצפיתיות מובהקות וחלקן מתבססות על ניתוחים סטטיסטיים. דוגמאות: - בגלקסיות מסוג 2 נתגלו פעמים רבות ליבות IR בולטות. - בגלקסיות מסוג 2 נתגלו קווי פליטה רחבים מקוטבים. הדגמה

13. הערות על מודל האיחוד בעיות מרכזיות: - ישנן טענות שהאיחוד נתקל בבעיות עבור R.Sמסויימים - חסרונם של Radio Quiet חזקים מסוג 2 (IR Quasar) - האם קיימת אבולוציה קוסמולוגית בין AGNs שלא אוחדו בשלב זה - מהו הגורם להבדלה בין Radio Loud ל-Radio Quiet - מהו ה-jet וכיצד הוא נוצר ומתקדם - קשרים אפשריים בין הבלייזרים השונים (קושי מול עוצמה)

14. Blazars

15. בלייזרים בהתייחסנו לבלייזרים אנו מתייחסים למה שקודם נקרא בשם AGN מסוג 0. ע"פ המודל המאוחד, אלו למעשה AGNs אשר הג'ט שלהם מכוון לכיווננו. באופן כללי הספקטרום נראה כלהלן: ניתן לראות כי הפסגה החלשה מקורה בקרינת סינכוטרון כמו כן אפשר לראות את הדבשת הכפולה אשר מעידה לפעמים על: Inverse Compton בתמונה, PKS 2155-304 (BL Lac)

16. בלייזרים קיימים מספר מודלים אפשריים להסבר התופעה. בכל המודלים קיימת הסכמה כי מקור הקרינה בפחות מ-MeV (רדיו עד רנטגן) בקרינת סינכטרון של אלקטרונים לא תרמיים. השאלה היא אודות מקור הקרינה בתחום הגמא, וכאן קיימים מספר מודלים אפשריים: מודל לפטוני מודל הדרוני SSC Synchortron Self Compton EC External Compton האצת פרוטונים בסינכוטרון מודל מבוסס דעיכת פיונים

17. מודל לפטוני ע"פ מודל זה, מורכב ה-jet בעיקר מאלקטרונים ומפוזיטרונים. בעקבות קיומו של שדה מגנטי, פולטים האלקטרונים קרינת סינכוטרון בתדירות אופיינית: e2 eB (2𝜋mec)-1𝛾s=𝜈 פוטונים אלו עוברים Inverse compton בהתנגשויות עם האלקטרונים (SSC). בחלק מן המודלים (EC) פוטונים אלו עוברים Inverse compton בהתנגשויות עם האלקטרונים (SSC).

18. מודל לפטוני

19. מודל הדרוני ע"פ מודל זה, מורכב ה-jet בעיקר מאלקטרונים ומפרוטונים אשר מקורם בחומר הנספח אל החור השחור. המודל נחלק לשתי אפשרויות בולטות: האצת פרוטונים בסינכוטרון - ע"פ מודל זה מקורה של הקרינה ב-TeV, מקורה בקרינת סינכוטרון של פרוטונים - 109-1011∼ p𝛾 . מודל זה מסתמן כבעייתי מבחינת הנצילות. 𝜇𝜈 -𝜋 -𝜇 -e + + + + מודל דעיכת פיונים - התנגשויות pp, pn או p𝛾 יוצרות פיונים ( ). פיונים אלו, מתפרקים באופנים הבאים: 𝜇𝜈 e𝜈 𝜇𝜈 +𝜋 +𝜇 +e +𝜋 -𝜋 0𝜋 + + + + 𝛾 𝛾 0𝜋 + e𝜈 𝜇𝜈 𝜇𝜈 𝜇𝜈

20. הכרעה בין מודלים בשל ריבוי דרגות החופש, קיים קושי להכריע בין המודלים השונים. דרך חד משמעית אחת לאמת את נכונותו של המודל ההדרוני (דעיכת פיונים) הינה איתור פליטת ניוטרינים מ-AGNs דרך שנייה הינה איתורו של אפקט פארדיי (Faraday rotation) כידוע, פליטת סינכורטרון מקוטבת כאשר מישור הקיטוב ניצב לשדה המגנטי . כאשר ישנו שטף של פלסמה בעלת חלקיקים חיוביים ושליליים שונה במסתם - ישתנה מישור הקיטוב בהדרגה כפונקציה של העומק האופטי. באמצעות טכניקה זו ניתן לדעת את צפיפות הפלסמה ואת הרכבה האנרגטי (מאחר ובפלסמה יחסותית, משתנה יחס המסות).

21. הכרעה בין מודלים הטכניקה של אפקט פארדיי נוסתה קווזארמסויים (3C279). מצאו שהוא מורכב בעיקר מאלקטרונים ופוזיטרונים באנרגיות נמוכות. כמו כן, מצאו שאפקט פארדיי אכן מתקיים ומכאן שיש שתי אפשרויות: האחת היא ה-jet מורכב מאלקטרונים ופוזיטרונים במהירויות שונות, והשנייה, כי הג'ט כולל גם פרוטונים כאשר בינתיים לא יודעים להכריע בין האופציות.

22. דוגמא - ניתוח על סמך מודל לפטוני • נפנה לניתוח קצר על סמך מודל לפטוני כשלכך שתי מטרות עיקריות: • על מנת להדגים את הקושי שבבחירת המודל הנכון. • ניתוח זה באופן ספציפי, מעלה תוצאות מעניינות ( 1998 Ghisellini, Celotti, Fosati, Maraschi & Comastri). • הנחות והגדרות: • אזור פולט הומוגני ברדיוס -R • שדה מגנטי קבוע - B • האזור הפולט נע במהירות יחסותית פקטור לורנץ𝛤 • הארת האזור נתונה ע"י - Lint • מקור פולט חלקיקים בעלי פקטור 𝛾 בקצב-S𝛾 ∝ Q(𝛾) • זוגות אלקטרון-פוזיטרון נוצרים בקצב P(𝛾)

23. דוגמא - ניתוח על סמך מודל לפטוני מתקיים: 𝛾max N(𝛾0) =∫[Q(𝛾) + P(𝛾)]d𝛾 𝛾0 מתוך משוואה זו אנו יכולים לחשב את N(𝛾): 1 𝛾 - את 𝛾 נוכל למצוא על סמך: 𝜎Tc𝛾2UB 4 S =𝛾 mec2 3 - עבור P קיימים חישובים מורכבים למדי. 𝜎Tc𝛾2Ur 4 - את Q אנו מניחים שאנחנו יודעים. C =𝛾 mec2 3

24. דוגמא - ניתוח על סמך מודל לפטוני מהם המשתנים החופשיים: B R 𝛤 Lint S 𝛾min 𝛾max עבור SSC: Lext𝜈ext עבור EC נוספים גם: מה בכל זאת נוכל להניח? - ברוב המקרים 2<S ומכאן שגם𝛾maxמאבד ממשמעותו. - את 𝛤 נוכל לקבוע בקירוב ע"פ Supperluminal motion. - בהינתן 𝛤 נוכל להעריך את R על סמך זמני מחזור אופייניים - נוכל להעריך את Lint על סמך הידיעה כי 1≲ℓint • את Lext ואת 𝜈extנוכל לדעת לפעמים על סמך חלקים אחרים של הספקטרום (שאינם מהבלייזר).

25. דוגמא - ניתוח על סמך מודל לפטוני - תחת המגבלות הקיימות, ניתן להתאים את הספקטרום ע"י שני המודלים (הן EC והן SSC). - ההבדל העיקרי הינו שוני ניכר בערכו של B (קטן יותר ב-SSC) כעת נפנה לערוך מעט התאמות על מנת לראות את הקשרים בין הפרמטרים השונים (הטיפול נעשה על סמך מודל ה-EC).

26. FSRQ BL Lac אנרגיית אלקטרון עוצמה קומפטון ביחס לסינכוטרון אנרגיית אלקטרון/פוטון

27. ניתן לראות כי Urגדל עבור ה-FSRQ בצורה משמעותית יותר מה- UB לכן קירור קומפטון משמעותי יותר ב-FSRQ מסקנות אלו מתיישבות עם כך שב-BL Lac אין יתרון מובהק לתדירויות הגבוהות על פני הנמוכות, בעוד ב-FSRQ נשלט הספקטרום ע"י התדירויות הגבוהות

28. אודות א-סימטריה של ה-jet ניתן לראות כי במקרים רבים, נראה ה-jet א-סימטרי. תופעה זו, הינה עדות נוספת לכך שהמהירות בה הוא מתקדם, הינה מסדר גודל יחסותי. 1+𝛽cos(𝜃) J=[] s+2 1 𝛽cos(𝜃) חיזוי תיאורטי מקל (פליטה הומוגנית, ), מנבא יחס הארה של צד אחד על פני השני (J) הנתון ע"י: s-F(𝜈) ∝ 𝜈

29. סיכום ה-AGNs הם מרכזיהן של חלק מהגלקסיות אשר הארתם הגבוהה מעידה ככה"נ על הימצאותו של חור שחור סופר מאסיבי במרכזן. נראה, כי שונות תכונותיהם של ה-AGNs, מקורה במקרים מסויימים בשונות פיסיקלית אמיתית (דוגמאתRadio Loud/Quiet), אשר מקורותיה לעיתים אינם ידועים. במקרים אחרים, נראה כי השונות בתכונות מקורה בזווית הראייה שלנו כצופים (מודל האיחוד). מודל האיחוד אינו מושלם וייתכן ובעתיד יצליח לאחד AGNs אשר נכון להיום נתפסים כשונים מהותית מבחינה פיסיקלית. קיימות אי וודאויות רבות הנוגעות ל-AGNs ובאופן ספציפי לנושא ה-Jetהרלטיוויסטי (מקורו, הרכבו כיוב').

30. סיכום הבלייזרים הם תת קבוצה של ה-AGNs אשר לה מאפיינים יחודיים ובהם: עוצמת ההארה, הקושי היחסי, הספקטרום הדו דבשתי והשינויים המהירים. ישנה הסכמה באשר למקורה של הקרינה באנרגיות הנמוכות (סינכוטרון של אלקטרונים) והוויכוח בין המודלים השונים נסוב סביב מקורות האנרגיה הגבוהה. המודלים מתחלקים בגדול למודלים החוזים כי קרינה זו מקורה הדרוני או לפטוני (האחרון ע"י Inverse compton). קיים קושי בשלב זה להכריע בבירור בין שני המודלים. תחת הנחות המודל הלפטוני, מתקבלים קשרים בין סוגים שונים של בלייזרים (Blazar Sequence).