ブレイザー

ブレーザー（「BL Lacertae」と「Quasar」^{[ 2 ]}の造語）は、観測者の方に非常に近い方向に、電離物質がほぼ光速で移動する相対論的ジェットを持つ活動銀河核（AGN）です。ジェットからの電磁放射の相対論的ビームにより、ジェットが地球から遠ざかる方向を向いている場合よりも、ブレーザーははるかに明るく見えます。[ 3 ]^{ブレーザーは電磁}スペクトル全体にわたって強力な放射源であり、高エネルギーガンマ線光子の発生源であることが観測されています。ブレーザーは非常に変動性の高い光源であり、短時間スケール（数時間から数日）で明るさが急速かつ劇的に変動することがよくあります。一部のブレーザージェットは超光速運動を示すように見えますが、これはジェット内の物質が観測者に向かってほぼ光速で移動していることによるもう一つの結果です。

ブレーザーのカテゴリーは、 BL Lac 天体とフラットスペクトル電波クエーサー(FSRQ)に細分化され、前者は弱いまたは輝線がなく、後者は強い輝線を示します。^{[ 4 ]}一般的に受け入れられている理論では、BL Lac 天体は本質的に低出力の電波銀河であり、FSRQ クエーサーは本質的に強力な電波放射クエーサーです。「ブレーザー」という名前は、1978 年に天文学者のエドワード・シュピーゲルによって、これら 2 つのクラスの組み合わせを示すために造語されました。^{[ 5 ]}可視波長の画像では、ほとんどのブレーザーはコンパクトで点のように見えますが、高解像度の画像では、楕円銀河の中心に位置していることがわかります。^{[ 6 ]}

ブレーザーは、天文学および高エネルギー天体物理学における重要な研究テーマです。ブレーザーの研究には、降着円盤とジェットの特性、中心にある超大質量ブラックホールとその周囲の宿主銀河、そして高エネルギー光子、宇宙線、ニュートリノの放出の調査が含まれます。

ブレーザーは、すべての活動銀河核（AGN）と同様に、宿主銀河の中心にある超大質量ブラックホールに落下する物質によってエネルギーを得ていると考えられています。ガス、塵、そして時折星が捕らえられ、この中心ブラックホールに螺旋状に落下し、高温の降着円盤を形成します^{[ 9 ]。}この円盤は、光子、電子、陽電子、その他の素粒子の形で膨大な量のエネルギーを生成します^{[ 10 ]}。この領域は比較的小さく、大きさは約^10⁻³パーセクです^{[ 11 ]。}

ブラックホールから数パーセク離れたところに、より大きな不透明なトーラス状の領域があり、 ^{[ 11 ]}その中には高密度領域が埋め込まれた高温ガスが含まれています。^{[ 12 ]}これらの「雲」は、ブラックホールに近い領域からエネルギーを吸収して再放出することができます。地球上では、これらの雲はブレーザーのスペクトルにおける輝線として検出されます。^{[ 13 ]}

降着円盤に垂直な方向に、一対の相対論的ジェットが高エネルギーのプラズマをAGNから運び去る。ジェットは、降着円盤とトロイドからの強力な磁場と強力な風の組み合わせによってコリメートされる。ジェット内部では、高エネルギーの光子と粒子が互いに、そして強い磁場と相互作用する。^{[ 14 ]}これらの相対論的ジェットは、中心のブラックホールから数十キロパーセクもの距離まで伸びることがある。 ^{[ 11 ]}

これらの領域はすべて、さまざまな観測エネルギーを生成することができ、そのほとんどは、非常に低い周波数の電波から非常にエネルギーの高いガンマ線まで、非熱スペクトルの形で、いくつかの周波数で高い偏光（通常は数パーセント）を示します。非熱スペクトルは、電波から X 線の範囲のシンクロトロン放射と、 X 線からガンマ線領域の逆コンプトン放射から構成されます。 ^{[ 14 ]} FSRQ には、紫外線領域でピークを持つ熱スペクトルと微弱な光学的輝線も存在しますが、BL Lac 天体では微弱であるか、存在しません。^{[ 15 ]}

ブレーザーからの観測された放射は、ジェット内の相対論的効果によって大幅に増強され、このプロセスは相対論的ビーム形成と呼ばれます。 ^{[ 16 ]}ジェットを構成するプラズマの全体的な速度は光速の99.5%に達することがありますが、個々の粒子はさまざまな方向にさらに高速で移動します。^{[ 17 ]}

相対論的ジェットは、シンクロトロン放射によってエネルギーの大部分を放出します。ジェットの静止系で放出される光度は、ジェットの物理的特性に依存します。これには、光度が衝撃波面^{[ 18 ]}から生じるのか、ジェット内のより明るい塊の連続から生じるのか^{[ 19 ]}、ジェット内の磁場の詳細、およびそれらが運動する粒子とどのように相互作用するかなどが含まれます^{[ 20 ] 。}

ビーム形成の単純なモデルは、ジェットの静止系における光度S _eと地球上で観測される光度S _oを結びつける基本的な相対論的効果を示しています。S o_はS _e  × D ²に比例し、ここでD はドップラー係数です。^{[ 21 ]} 

さらに詳しく検討すると、3つの相対論的効果が関係していることがわかります。

• 相対論的収差はD ²の係数に寄与します。収差は特殊相対性理論の結果であり、静止系（この場合はジェット）では等方的に見える方向が、観測者の系（この場合は地球）では運動方向に押しやられているように見えます。
• 時間の遅れは、 D ^{+ 1}の係数をもたらします。この効果により、見かけ上のエネルギー放出速度が速くなります。ジェット機が自身の静止系で毎分エネルギーを放出する場合、地球上ではこの放出ははるかに頻繁に、おそらく10秒ごとに観測されるでしょう。
• ウィンドウ処理は係数D ⁻¹を寄与し、その後、増幅を減少させる働きをします。これは定常流の場合、各要素が係数Dで拡大されるため、観測ウィンドウ内の流体要素がD少なくなるためです。しかし、自由に伝播する物質の塊の場合、放射はD ⁺³倍に増幅されます。

例えば、視線方向に対する角度θ が 5°で、光速の99.9%の速度で噴出するジェットを考えてみましょう。地球から観測される光度は、実際に放出される光度の70倍になります。しかし、θが最小値の0°の場合、ジェットは地球から600倍明るく見えるでしょう。

明るいブレーザーの多くは、当初は強力な遠方の銀河ではなく、我々の銀河にある不規則変光星として特定された。これらのブレーザーは、真の不規則変光星と同様に、数日または数年の周期で明るさが変化するが、規則性はない。^{[ 23 ]}

電波天文学の初期の発展により、空には多くの明るい電波源が存在することが明らかになった。1950年代末までに、電波望遠鏡の解像度は、特定の電波源を光学的対応物と識別するのに十分になり、クエーサーの発見につながった。これらの初期のクエーサーの中にはブレーザーが多く含まれており、最初の赤方偏移は、^{ブレーザー}でもある非常に変動の激しいクエーサーである3C 273 [ ^{24 ]}で発見された。^{[ 25 ]}

1968年には、「変光星」BL Lacertaeと強力な電波源VRO 42.22.01の間にも同様の関連性が見出された。^{[ 26 ]} BL Lacertaeはクエーサーの多くの特徴を示しているが、光学スペクトルには赤方偏移を決定するために使用されるスペクトル線がなかった。BL Lacertaeが恒星ではないことの証拠となる、基底銀河の微かな兆候が1974年に発見された。^{[ 27 ]}

BL Lacertaeが銀河系外天体であることは驚くべきことではなかった。1972年に、いくつかの変動する光学および電波源がまとめられ、銀河の新しいクラスとして提案された。それはBL Lacertae型天体である。^{[ 28 ] [ 23 ]}この用語はすぐに「BL Lacertae天体」、「BL Lac天体」、または単に「BL Lac」と短縮された。（後者の用語は、クラス全体ではなく、元の個々のブレーザーを指す場合もある。）

2015年現在3000を超える天体がBL Lac天体であることが確認されているか、または同様の特徴を示している。^{[ 29 ]}最も近いブレーザーの1つである3C 273は25億光年離れている。^{[ 30 ] [ 31 ]}最も近いBL Lac天体はケンタウルスAである。^{[ 32 ]}

ブレーザーは活動銀河核と考えられており、相対論的ジェットは観測者の視線に近い方向に向いている。ブレーザーはBL Lac天体とフラットスペクトル電波クエーサー（FSRQ）に細分化され、前者は弱いまたは輝線がなく、後者は強い輝線を示す。^{[ 4 ]} FSRQは、光学的に激しく変動する（OVV）クエーサー、高度に偏光したクエーサー（HPQ）、またはコア優勢クエーサー（CDQ）とも定義される。^{[ 34 ]} FSRQという用語は、電波連続スペクトルの全体的な形状（輝線を無視した後）に基づいて、急峻なスペクトルとフラットスペクトルの電波放射クエーサーを区別することから来ている。^{[ 35 ]}

ジェットの特殊な向きは、一般的な特異な特徴、すなわち、観測される光度の高さ、非常に急速な変動、高い偏光（非ブレーザークエーサーと比較して）、およびほとんどのブレーザーのジェットの最初の数パーセクに沿って検出される見かけ上の超光速運動を説明する。 ^{[ 36 ]}

統一スキームまたは統一モデルが一般的に受け入れられており、変動性の高いクエーサーは本質的に強力な電波銀河と関連付けられ、BL Lac天体は本質的に弱い電波銀河と関連付けられています。^{[ 37 ]}この2つの関連する集団の区別は、ブレーザーの輝線特性の違いを説明します。^{[ 38 ]}

相対論的ジェット／統一スキームアプローチに対する他の説明として、重力マイクロレンズ効果や相対論的ジェットからのコヒーレント放射などが提案されている。しかし、これらのいずれもブレーザーの全体的な特性を説明するものではない。例えば、マイクロレンズ効果は無色収差である。つまり、スペクトルのすべての部分が同時に上昇・下降するはずである。これはブレーザーでは観測されていない。ただし、これらのプロセスや、より複雑なプラズマ物理学によって、特定の観測結果や詳細な現象を説明できる可能性はある。

ブレーザーの例としては、3C 454.3、3C 273、BL Lacertae、PKS 2155-304、Markarian 421、Markarian 501、4C +71.07、PKS 0537-286 (QSO 0537-286) ^{[ 39 ]}、S5 0014+81 ^{[ 40 ]}などがある。Markarian 501 と1ES 1959+650 は、高エネルギー (テラ電子ボルト範囲) のガンマ線放射のため、「TeV ブレーザー」と呼ばれている。^{[ 41 ]}

2018年7月、アイスキューブ・ニュートリノ観測チームは、2017年9月に南極にある検出器に当たったニュートリノを、37億光年離れたブレーザーTXS 0506+056の発生源まで追跡した。^{[ 42 ]}これは、ニュートリノ検出器が宇宙の物体の位置を特定するために使用された初めての事例である。 ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

• 銀河の形成と進化
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• パデュー大学のブレーザー監視リスト（2020年10月27日時点のアーカイブ）
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