بلازار

البلازار ( مصطلح مُستحدث من " BL Lacertae " و" Quasar " ^{[ 2 ]} ) هو نواة مجرية نشطة (AGN) ذات نفاثة نسبية - نفاثة تتكون من مادة متأينة تتحرك بسرعة تقارب سرعة الضوء - موجهة بشكل شبه مباشر نحو الراصد. يُضفي هذا التوجيه النسبي للإشعاع الكهرومغناطيسي الصادر من النفاثة سطوعًا أكبر بكثير على البلازارات مما لو كانت النفاثة موجهة بعيدًا عن الأرض. ^{[ 3 ]} تُعد البلازارات مصادر قوية للانبعاث عبر الطيف الكهرومغناطيسي ، ويُلاحظ أنها مصادر لفوتونات أشعة غاما عالية الطاقة . تتميز البلازارات بتغيرات سطوعها الكبيرة، حيث تشهد تقلبات سريعة وكبيرة في السطوع على فترات زمنية قصيرة (من ساعات إلى أيام). ويبدو أن بعض نفاثات البلازارات تُظهر حركة أسرع من سرعة الضوء ، وهي نتيجة أخرى لتحرك المادة الموجودة في النفاثة نحو الراصد بسرعة تقارب سرعة الضوء.

تُقسّم فئة البلازارات إلى فئتين فرعيتين: أجسام BL Lac وكوازارات راديوية ذات طيف مسطح (FSRQ)، حيث تتميز الأولى بخطوط انبعاث ضعيفة أو معدومة، بينما تُظهر الثانية خطوط انبعاث قوية. ^{[ 4 ]} وتُعتبر النظرية المقبولة عمومًا أن أجسام BL Lac هي مجرات راديوية منخفضة الطاقة بطبيعتها، في حين أن كوازارات FSRQ هي كوازارات راديوية قوية بطبيعتها . وقد صاغ عالم الفلك إدوارد شبيغل مصطلح "بلازار" عام 1978 للدلالة على الجمع بين هاتين الفئتين. ^{[ 5 ]} في صور الموجات المرئية، تظهر معظم البلازارات مضغوطة ونقطية الشكل، لكن الصور عالية الدقة تكشف أنها تقع في مراكز المجرات الإهليلجية . ^{[ 6 ]}

تُعدّ البلازارات مواضيع بحثية مهمة في علم الفلك والفيزياء الفلكية عالية الطاقة . وتشمل أبحاث البلازارات دراسة خصائص أقراص التراكم والنفثات ، والثقوب السوداء فائقة الكتلة المركزية والمجرات المضيفة المحيطة بها ، وانبعاث الفوتونات عالية الطاقة والأشعة الكونية والنيوترينوات .

يُعتقد أن البلازارات، مثل جميع النوى المجرية النشطة، تستمد طاقتها من مادة تسقط في ثقب أسود فائق الكتلة في قلب المجرة المضيفة. يتم التقاط الغاز والغبار، وأحيانًا النجوم، وتدور حلزونيًا نحو هذا الثقب الأسود المركزي، مما يُشكل قرصًا ساخنًا من المادة المتراكمة ^{[ 9 ]} ، والذي يُولد كميات هائلة من الطاقة على شكل فوتونات وإلكترونات وبوزيترونات وجسيمات أولية أخرى . ^{[ 10 ]} هذه المنطقة صغيرة نسبيًا، إذ يبلغ حجمها حوالي ^10⁻³ فرسخ فلكي. ^{[ 11 ]}

يوجد شكل حلقي معتم أكبر يمتد لعدة فرسخ فلكي من الثقب الأسود، ^{[ 11 ]} ويحتوي على غاز ساخن تتخلله مناطق ذات كثافة أعلى. ^{[ 12 ]} تستطيع هذه "السحب" امتصاص الطاقة وإعادة إشعاعها من مناطق أقرب إلى الثقب الأسود. على الأرض، تُكتشف هذه السحب على شكل خطوط انبعاث في طيف البلازار . ^{[ 13 ]}

عموديًا على قرص التراكم، يحمل زوج من النفاثات النسبية بلازما عالية الطاقة بعيدًا عن النواة المجرية النشطة. يتم توجيه النفاثة بواسطة مزيج من المجالات المغناطيسية الشديدة والرياح القوية المنبعثة من قرص التراكم والحلقة المجرية. داخل النفاثة، تتفاعل الفوتونات والجسيمات عالية الطاقة مع بعضها البعض ومع المجال المغناطيسي القوي. ^{[ 14 ]} يمكن أن تمتد هذه النفاثات النسبية لمسافة تصل إلى عشرات الكيلوبارسيك من الثقب الأسود المركزي. ^{[ 11 ]}

يمكن لجميع هذه المناطق إنتاج مجموعة متنوعة من الطاقة المرصودة، معظمها على شكل طيف غير حراري يتراوح من موجات الراديو منخفضة التردد إلى أشعة غاما عالية الطاقة، مع استقطاب عالٍ (عادةً بضعة بالمئة) عند بعض الترددات. يتكون الطيف غير الحراري من إشعاع السنكروترون في نطاق موجات الراديو إلى الأشعة السينية، وانبعاث كومبتون العكسي في نطاق الأشعة السينية إلى أشعة غاما. ^{[ 14 ]} كما يوجد طيف حراري يبلغ ذروته في منطقة الأشعة فوق البنفسجية وخطوط انبعاث ضوئية خافتة في FSRQ، لكنها خافتة أو غير موجودة في أجسام BL Lac. ^{[ 15 ]}

يتضاعف الإشعاع المرصود من البلازار بشكل كبير بفعل التأثيرات النسبية في النفث، وهي عملية تُعرف باسم التوجيه النسبي. ^{[ 16 ]} قد تصل سرعة البلازما الكلية التي تُشكل النفث إلى 99.5% من سرعة الضوء، على الرغم من أن الجسيمات الفردية تتحرك بسرعات أعلى في اتجاهات مختلفة. ^{[ 17 ]}

تُصدر النفاثات النسبية معظم طاقتها عبر انبعاث السنكروترون . ويعتمد اللمعان المنبعث في الإطار المرجعي للنفاثة على خصائصها الفيزيائية، بما في ذلك ما إذا كان اللمعان ناتجًا عن جبهة صدمية ^{[ 18 ]} أو سلسلة من البقع الأكثر سطوعًا داخل النفاثة ^{[ 19 ]} ، بالإضافة إلى تفاصيل المجالات المغناطيسية داخل النفاثة وتفاعلها مع الجسيمات المتحركة ^{[ 20 ] .}

يوضح نموذج بسيط للتوجيه التأثيرات النسبية الأساسية التي تربط اللمعان في الإطار المرجعي للنفث، S _e ، واللمعان المرصود على الأرض، S _o : يتناسب S _{o مع} S _e  × D ² ، حيث D هو عامل دوبلر . ^{[ 21 ]} 

عند النظر في الأمر بمزيد من التفصيل، نجد أن هناك ثلاثة تأثيرات نسبية:

• يساهم الانحراف النسبي بعامل D ^2. الانحراف هو نتيجة للنسبية الخاصة حيث تظهر الاتجاهات التي تبدو متساوية الخواص في إطار السكون (في هذه الحالة، النفاثة) مدفوعة باتجاه اتجاه الحركة في إطار المراقب (في هذه الحالة، الأرض).
• يُساهم تمدد الزمن بمعامل D ^{+ 1.} يُسرّع هذا التأثير من إطلاق الطاقة الظاهري. إذا كان النفاث يُطلق دفقة من الطاقة كل دقيقة في إطاره المرجعي، فسيُلاحظ هذا الإطلاق على الأرض بشكل أكثر تواتراً، ربما كل عشر ثوانٍ.
• يمكن أن يساهم تقسيم النطاق بمعامل D ⁻¹ ، ثم يعمل على تقليل التضخيم. يحدث هذا في حالة التدفق المستقر، حيث يقل عدد عناصر السائل داخل النطاق المرصود بمقدار D ، إذ يتمدد كل عنصر بمعامل D. أما في حالة كتلة من المادة تنتشر بحرية، فيتم تضخيم الإشعاع بمقدار D ^{+ 3} كاملاً .

على سبيل المثال، لنفترض وجود نفاثة بزاوية θ  =  5° مع ​​خط الرؤية وسرعة تساوي 99.9% من سرعة الضوء. يكون اللمعان المرصود من الأرض أكبر بـ 70 مرة من اللمعان المنبعث. لكن إذا كانت θ عند أدنى قيمة لها وهي 0°، فستبدو النفاثة أكثر سطوعًا بـ 600 مرة من الأرض.

تم التعرف على العديد من البلازارات الأكثر سطوعًا في البداية، ليس كمجرات بعيدة قوية، بل كنجوم متغيرة غير منتظمة في مجرتنا. هذه البلازارات، مثل النجوم المتغيرة غير المنتظمة الحقيقية، تتغير في سطوعها على فترات تتراوح بين أيام وسنوات، ولكن دون نمط محدد. ^{[ 23 ]}

أظهرت المراحل الأولى لعلم الفلك الراديوي وجود العديد من المصادر الراديوية الساطعة في السماء. وبحلول نهاية خمسينيات القرن العشرين، أصبحت دقة التلسكوبات الراديوية كافية لتحديد مصادر راديوية محددة بنظائرها الضوئية، مما أدى إلى اكتشاف الكوازارات . وكانت البلازارات ممثلة بكثرة بين هذه الكوازارات المبكرة، وقد تم رصد أول انزياح أحمر لـ 3C 273 ، ^{[ 24 ]} وهو كوازار شديد التغير، وهو أيضاً بلازار. ^{[ 25 ]}

في عام 1968، تم الربط بين النجم المتغير BL Lacertae ومصدر راديوي قوي VRO 42.22.01. ^{[ 26 ]} يُظهر BL Lacertae العديد من خصائص الكوازارات، لكن طيفه الضوئي كان خاليًا من الخطوط الطيفية المستخدمة لتحديد الانزياح الأحمر. وفي عام 1974، تم العثور على مؤشرات خافتة لمجرة كامنة - دليل على أن BL Lacertae لم يكن نجمًا. ^{[ 27 ]}

لم يكن كون BL Lacertae خارج المجرة مفاجئًا. ففي عام 1972، جُمعت بعض المصادر الضوئية والراديوية المتغيرة معًا واقتُرح تصنيفها كفئة جديدة من المجرات: أجسام من نوع BL Lacertae . ^{[ 28 ] [ 23 ]} وسرعان ما اختُصر هذا المصطلح إلى "جسم BL Lacertae" أو "جسم BL Lac" أو ببساطة "BL Lac". (يمكن أن يشير المصطلح الأخير أيضًا إلى البلازار الفردي الأصلي وليس إلى الفئة بأكملها).

اعتبارًا من عام 2015تم تأكيد أن أكثر من ثلاثة آلاف مصدر هي أجسام من نوع BL Lac، أو أنها تُظهر خصائص مشابهة. ^{[ 29 ]} أحد أقرب البلازارات، 3C 273، يبعد 2.5 مليار سنة ضوئية. ^{[ 30 ] [ 31 ]} أقرب جسم من نوع BL Lac هو قنطورس أ . ^{[ 32 ]}

يُعتقد أن البلازارات هي نوى مجرية نشطة ، ذات نفاثات نسبية موجهة بالقرب من خط الرؤية مع الراصد. تُقسم البلازارات إلى أجسام BL Lac وكوازارات راديوية ذات طيف مسطح (FSRQ)، حيث تتميز الأولى بخطوط انبعاث ضعيفة أو معدومة، بينما تُظهر الثانية خطوط انبعاث قوية. ^{[ 4 ]} تُعرف الكوازارات الراديوية ذات الطيف المسطح أيضًا باسم الكوازارات المتغيرة بشدة بصريًا (OVV)، أو الكوازارات شديدة الاستقطاب (HPQ)، أو الكوازارات ذات النواة المهيمنة (CDQ). ^{[ 34 ]} يأتي مصطلح FSRQ من التمييز بين الكوازارات الراديوية ذات الطيف الحاد والكوازارات الراديوية ذات الطيف المسطح، بناءً على الشكل العام لطيفها الراديوي المتصل (بعد تجاهل خصائص الانبعاث). ^{[ 35 ]}

يفسر التوجه الخاص للنفثات الخصائص العامة المميزة: اللمعان العالي المرصود، والتغير السريع للغاية، والاستقطاب العالي (مقارنة بالكوازارات غير البلازارية)، والحركات الفائقة السرعة الظاهرة التي تم رصدها على طول الفراسخ القليلة الأولى من النفثات في معظم البلازارات. ^{[ 36 ]}

أصبح هناك نموذج موحد أو مخطط موحد مقبول عمومًا، حيث تُربط الكوازارات شديدة التغير بالمجرات الراديوية القوية بطبيعتها، بينما تُربط أجسام BL Lac بالمجرات الراديوية الضعيفة بطبيعتها. ^{[ 37 ]} ويُفسر التمييز بين هاتين المجموعتين المترابطتين الاختلاف في خصائص خطوط الانبعاث في البلازارات. ^{[ 38 ]}

تشمل التفسيرات الأخرى المقترحة لنهج النفاثات النسبية/المخطط الموحد، ظاهرة العدسات الجاذبية الصغرية والانبعاث المتماسك من النفاثات النسبية. إلا أن أياً من هذين التفسيرين لا يفسر الخصائص العامة للبلازارات. فعلى سبيل المثال، العدسات الجاذبية الصغرية لا لونية، أي أن جميع أجزاء الطيف ترتفع وتنخفض معاً، وهو ما لا يُلاحظ في البلازارات. ومع ذلك، من الممكن أن تُفسر هذه العمليات، بالإضافة إلى فيزياء البلازما الأكثر تعقيداً، بعض الملاحظات المحددة أو بعض التفاصيل.

من أمثلة البلازارات: 3C 454.3 ، و 3C 273 ، و BL Lacertae ، وPKS 2155-304 ، و Markarian 421 ، و Markarian 501 ، و 4C +71.07 ، و PKS 0537-286 (QSO 0537-286)، ^{[ 39 ]} و S5 0014+81 . ^{[ 40 ]} يُطلق على Markarian 501 و 1ES 1959+650 اسم "بلازارات تيرا إلكترون فولت" نظرًا لانبعاث أشعة غاما عالية الطاقة (في نطاق تيرا إلكترون فولت). ^{[ 41 ]}

في يوليو/تموز 2018، تمكن فريق مرصد آيس كيوب للنيوترينو من تحديد موقع نيوترينو اصطدم بكاشفه الموجود في القارة القطبية الجنوبية في سبتمبر/أيلول 2017، وصولًا إلى نقطة منشئه في البلازار TXS 0506+056 ، الواقع على بُعد 3.7 مليار سنة ضوئية . ^{[ 42 ]} وكانت هذه المرة الأولى التي يُستخدم فيها كاشف نيوترينو لتحديد موقع جسم في الفضاء. ^{[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

• تكوين المجرات وتطورها
• مجرة سيفرت

• شبكة الطاقة العالية التابعة لجمعية مسؤولي مراقبة المتغير المناخي الأمريكيين
• قائمة مراقبة البلازار، جامعة بيردو، مؤرشفة بتاريخ 27 أكتوبر 2020 على موقع Wayback Machine
• معرض متوسع لصور عالية الدقة من بلازار
• ناسا: فيديو تصور الفنان لـ "بلازارات"
• الضباب الكوني التابع لناسا
• تعداد أشعة جاما التابع لناسا
• فيديو بتاريخ 13 مايو 2013، يُظهر تلسكوب فيرمي التابع لناسا كيف يمكن أن تكون المجرات النشطة عبارة عن بليزرات.
• محاضرة تيد عن البلازارات قدمتها جيديدا إيسلر
• اكتشف علماء الفلك مجرة ​​راديوية تحولت إلى بليزر