Сверхсветовые выбросы из квазаров

[DESIGNER]

Добрый день, дорогие друзья!

Чечельницкий А. М. (астрофизик, член Международного Комитета по Исследованиям Космического Пространства COSPAR) «Космология – Вне Барьера скорости света», (http://lib.uni-dubna.ru/search/files/ogl_kosmologiya/1.pdf) библиотека гос. университета «Дубна», цитата:

«В связи с проблемой расстояний особую ценность имеют астрофизические наблюдения по сверхсветовым скоростям объектов с надежно определенными расстояниями. В этом отношении трудно переоценить значимость наблюдения сверхсветовых скоростей в галактике М87 [Biretta et al., 1999]. Это один из наиболее близких объектов с достаточно надежно определенным расстоянием до него. Авторы отчетливо наблюдают сверхсветовые скорости компонент (струи М87) около \(V = 6c\)»
Конец цитаты.

Теория относительности описанные выше астрономические наблюдения интерпретирует следующим образом [М.В.Сажин "Теория относительности", Учебное пособие, Государственный Астрономический Институт им. П.К. Штернберга, Рецензенты: др. физ. мат. наук В.Е.Жаров, др. физ. мат. наук К.В. Куимов, Параграф 1.3.1 "Сверхсветовые движения и их интерпретация"], цитата:

«Пусть из источника \(S\) выбрасывается материя (например, сгустки плазмы). Эти сгустки летят под углом \(\alpha\) к направлению на наблюдателя. Чему равна видимая поперечная скорость перемещения этих сгустков по небу?
Эта задача возникла при анализе т.н. сверхсветовых движений в квазарах. Из многих квазаров наблюдаются выбросы большого количества вещества. При наблюдениях выбросов астрономы измеряли их угловые скорости. По их красному смещению определялось расстояние до квазаров. Умножая расстояние до квазаров на угловую скорость перемещения выбросов по небу, астрономы получали поперечную скорость движения выброса. Стандартная процедура дала неожиданный результат. В нескольких случаях поперечная скорость движения выбросов оказалась больше скорости света!
Астрономы были поставлены перед нелегкой задачей. Казалось, что надо сделать выбор из двух, одинаково плохих вариантов. Первый - признать, что в природе могут существовать скорости больше, чем скорость света. Просто они не встречаются ни в солнечной системе, ни тем более в лабораторных условиях. Второй вариант - признать, что красное смещение в квазарах - не результат космологического красного смещения, а следовательно, квазары могут быть расположены к нам гораздо ближе. Оба варианта, как я уже сказал были плохими.
Однако, решение задачи оказалось возможным в рамках как специальной теории относительности, так и в рамках космологического сценария существования квазаров. Решение, найденное П. Шейером, основывалось на правильном обращении с понятием одновременности.
Рассмотрим движение одного сгустка вещества (рис. 1).



Пусть в момент времени \(t=0\) он выбрасывается из источника \(S\) под углом \(\alpha\) к направлению \(SO\). Сгусток представляет из себя плазму, излучающую радиоволны. Поэтому одновременно с выбросом сгустка, к наблюдателю по направлению \(SO\) идет световой сигнал (фотоны радиочастоты) о том, что сгусток выброшен. Сгусток движется со скоростью \(v\) и через некоторый интервал времени \(t\) оказывается в положении \(B\). К этому времени световой сигнал прошел путь \(ct\) и оказался в точке \(I\). Сгусток продолжает излучать радиофотоны. Поэтому через время \(t\) из точки \(B\) в направлении наблюдателя вновь идет сигнал о том, что сгусток достиг \(B\). Построим вспомогательный перпендикуляр из \(B\) на прямую, соединяющую \(S\) и \(O\). Вычислим продольное расстояние \(\Delta l\) между точками \(A\) и \(I\). Оно равняется:
\(\Delta l =ct -v t \cos \alpha\)
Поперечное расстояние между точками \(A\) и \(B\) равняется величине:
\(l_t=vt\sin \alpha\)
Угол между прямыми \(OA\) и \(OB\) ничтожно мал (мы считаем, что расстояние до квазара значительно превосходит все остальные масштабы рассматриваемой задачи). Поэтому сигналы о том, что сгусток вышел из источника \(S\) и пришел в точку \(B\) придут к наблюдателю через интервал времени
\(\tau=t-vt\cos \alpha/c\),
а поперечное расстояние, пройденное этим сгустком будет составлять \(l_t\). Теперь можно разделить поперечное расстояние на интервал времени между событием 1 (выход сгустка из источника) и событием 2 (появление сгустка в точке \(B\) ), получим видимую скорость перемещения сгустка по небу:
\(v_a = \frac{v \cdot  sin \alpha}{1- v \cdot  cos \alpha/с}\)
Отсюдо видно, что когда скорость движения сгустка близка к скорости света, а угол \(\alpha\) мал, видимая скорость движения сгустка по небу может значительно превышать скорость света».
Конец цитаты.

Хочу обратить внимание на то, что «релятивистское» объяснение данного явления требует выполнения сразу трех условий:
1.   Квазар должен выбрасывать вещество (плазму) с ультрарелятивистской скоростью.
2.   Выброс должен двигаться почти точно в сторону наблюдателя (т.е. в нашу сторону).
3.   Выброс должен излучать только в радиодиапазоне  (это необходимо для того, чтобы выброс и квазар наблюдались примерно в одном спектре, т.е. чтобы основная энергия излучения приходилась примерно на один и тот же спектр).

Возникает вопрос, почему сам квазар излучает в видимом спектре, а выброс вещества квазара – только в радиодиапазоне? Причем не просто выброс, а ультрарелятивистский выброс, что означает воздействие на него гигантской энергии со стороны процессов, происходящих в квазаре.

Хотелось бы узнать мнение специалистов - насколько вероятно выполнение всех 3 условий сразу (особенно 1 и 3)

P/S
Прошу обратить внимание, что сообщение отредактировано сегодня 29.09.16. Я это сделал ввиду того, что судя по комментариям, в первый раз недостаточно внятно изложил суть вопроса. Надеюсь сейчас я этот недостаток исправил.

[olegtitov]

3. Выбросы излучают электромагнитные волны только в радиодиапазоне.

Слово "только" здесь лишнее

[DESIGNER]

3. Выбросы излучают электромагнитные волны только в радиодиапазоне.

Слово "только" здесь лишнее

Почему же лишнее. Выбросы наблюдаются в видимом спектре, а не в рентгеновском или гамма, значит, учитывая эффект Доплера и близкую к световой скорость источника в направлении наблюдателя, источник не должен излучать выше радиодиапазона.

[boch]

Это не исключает возможности излучать в любом диапазоне. А уж из всего излучения выбирается "нужный" участок. Мощность излучения вопрос открытый, так что слово "только" здесь лишнее.

[DESIGNER]

Это не исключает возможности излучать в любом диапазоне. А уж из всего излучения выбирается "нужный" участок. Слово "только" здесь лишнее

Я не говорю, что исключает. Но если выброс "светит", например, также, как основная масса квазара, то, учитывая его скорость, близкую к скорости света, в нашем направлении , мы его видеть должны в намноооого более коротковолновом диапазоне, чем свет от самого квазара, за счет эффекта Доплера. Разве не так?

[boch]

Так, но слово "только" лишнее. Оно сбивает с толку, ограничивает явление. Это как если в толпе идут зрячие и слепые, и сказать, что в толпе идут "только слепые", то может сложиться мнение, что Земля это прибежище исключительно слепых людей.
Убрав слово из фразы смысл явления не изменится, но станет более приближенным к действительности, а не так как сейчас -"специально урезанным в нужном направлении". Причем, урезан он не самим явлением, а его осмыслением, то есть в угоду.

[olegtitov]

3. Выбросы излучают электромагнитные волны только в радиодиапазоне.

Слово "только" здесь лишнее

Почему же лишнее. Выбросы наблюдаются в видимом спектре, а не в рентгеновском или гамма, значит, учитывая эффект Доплера и близкую к световой скорость источника в направлении наблюдателя, источник не должен излучать выше радиодиапазона.

Тогда надо написать п.3 в таком духе, что в радиодиапазоне наблюдаются только сверхсветовые движения (другими способами их все равно не отнаблюдаешь). А радиоисточник (не сверхсветовой выброс!) может преспокойно наблюдаться в любом диапазоне.

[DESIGNER]

Дорогие друзья, мое высказывание по п.3 (возможно) не является образцом логичности и точности, но я исходил из того, что это явление всем знакомо. Сейчас постараюсь уточнить п.3.
Есть квазар, и есть выброс из него. Логично предположить, что средняя температура выброса больше или равна средней температуре квазара. Допущение, что температура (средняя) выброса меньше температуры самого квазара (средней), учитывая скорость выброса, как то не физично.
Учитывая, что выброс летит навстречу наблюдателю (т.е. к нам) со скоростью, очень близкой к скорости света, - спектр его излучения должен быть аномально сильно смещен в сторону более высоких частот. То есть он (спектр выброса) должен радикально отличаться от спектра самого квазара, чего, насколько я понимаю, не наблюдается.
Это означает, что спектр излучения выброса аномально сильно смещен в сторону низких частот. То есть спектр выброса будет наблюдаться примерно таким же, как и спектр самого квазара только в случае, если средняя температура выброса такова, что он излучает в радиодиапазоне.

[olegtitov]

Дорогие друзья, мое высказывание по п.3 (возможно) не является образцом логичности и точности, но я исходил из того, что это явление всем знакомо. Сейчас постараюсь уточнить п.3.
Есть квазар, и есть выброс из него. Логично предположить, что средняя температура выброса больше или равна средней температуре квазара. Допущение, что температура (средняя) выброса меньше температуры самого квазара (средней), учитывая скорость выброса, как то не физично.
Учитывая, что выброс летит навстречу наблюдателю (т.е. к нам) со скоростью, очень близкой к скорости света, - спектр его излучения должен быть аномально сильно смещен в сторону более высоких частот. То есть он (спектр выброса) должен радикально отличаться от спектра самого квазара, чего, насколько я понимаю, не наблюдается.
Это означает, что спектр излучения выброса аномально сильно смещен в сторону низких частот. То есть спектр выброса будет наблюдаться примерно таким же, как и спектр самого квазара только в случае, если средняя температура выброса такова, что он излучает в радиодиапазоне.

Из сообщения нельзя уловить, в каком месте обсуждается оптическое излучение, а в каком месте радиоизлучение.
Оптический спектр выброса в самом деле будет отличаться от спектра самого квазара, только по совсем другой причине. В спектре выброса не будет никаких линий поглощения-излучения, связанных с физикой ядра квазара. Скорей всего там будет какой-то ровный континуум. И что Вы хотите в нем найти - непонятно.

[boch]

Не совсем понятно как состыковать красное смещение выброса и собственно объекта. Вроде одно с другим плохо стыкуется. Для выброса вообще непонятно "к чему привязываться".

[DESIGNER]

Мы как-то друг-друга не понимаем. Вот смотрите. Есть квазар. У него есть наблюдаемый спектр излучения. Пусть основная энергия наблюдаемого излучения квазара заключена, например, в интервале F₁...F₂.
Если бы выброс из квазара двигался перпендикулярно линии наблюдения (когда квазар и выброс всегда находятся от нас на одном и том же расстоянии), то его наблюдаемый спектр был бы примерно таким же, как и у квазара. Однако выброс движется не перпендикулярно линии наблюдения, а почти точно в сторону наблюдателя (т.е. в нашу сторону). Причем движется со скоростью, очень близкой к скорости света. Поэтому, за счет эффекта Доплера, наблюдаемый спектр его излучения должен быть очень сильно смещен в сторону высоких частот, по сравнению с наблюдаемым спектром квазара. То есть спектр выброса мы должны видеть в интервале n*F₁...n*F₂. Где n - достаточно большое число (порядка десятков и больше).
Если же при этом мы наблюдаем основную энергию излучения выброса примерно в таком же интервале, как и у самого квазара, значит фактически, выброс излучает в интервале, границы которого в n раз меньше, чем границы фактического излучения квазара. Под "фактически" я имею ввиду спектр излучения для наблюдателя, неподвижного относительно источника излучения.
Учитывая, что при скоростях, близких к скорости света, n - достаточно большое число, собственный спектр выброса ("фактический") должен быть намного ниже собственного спектра квазара.

Или скажем так. Мы видим выброс из квазара примерно в том же спектре, что и сам квазар. Но мы точно знаем, что этот выброс летит из квазара точно в нашу сторону со скоростью, близкой к скорости света. Следовательно, если бы тот же самый выброс вылетал из квазара перпендикулярно линии наблюдения, то мы видели бы его спектр в радиодиапазоне.

[Интересующийся Дед]

Извините за профанские вопросы. Но…

Но, насколько я владею информацией по Теме, у квазара два противоположно направленных выброса.  Так?

 -Тогда почему обсуждению подвергается выброс в нашу сторону?
 -Разве сравнение двух выбросов в противоположных направлениях не позволяет получать информацию, на порядки превосходящую информацию изучения лишь одного выброса в нашу сторону?

Спасибо.

[olegtitov]

Мы как-то друг-друга не понимаем. Вот смотрите. Есть квазар. У него есть наблюдаемый спектр излучения. Пусть основная энергия наблюдаемого излучения квазара заключена, например, в интервале F₁...F₂.
Если бы выброс из квазара двигался перпендикулярно линии наблюдения (когда квазар и выброс всегда находятся от нас на одном и том же расстоянии), то его наблюдаемый спектр был бы примерно таким же, как и у квазара. Однако выброс движется не перпендикулярно линии наблюдения, а почти точно в сторону наблюдателя (т.е. в нашу сторону). Причем движется со скоростью, очень близкой к скорости света. Поэтому, за счет эффекта Доплера, наблюдаемый спектр его излучения должен быть очень сильно смещен в сторону высоких частот, по сравнению с наблюдаемым спектром квазара. То есть спектр выброса мы должны видеть в интервале n*F₁...n*F₂. Где n - достаточно большое число (порядка десятков и больше).
Если же при этом мы наблюдаем основную энергию излучения выброса примерно в таком же интервале, как и у самого квазара, значит фактически, выброс излучает в интервале, границы которого в n раз меньше, чем границы фактического излучения квазара. Под "фактически" я имею ввиду спектр излучения для наблюдателя, неподвижного относительно источника излучения.
Учитывая, что при скоростях, близких к скорости света, n - достаточно большое число, собственный спектр выброса ("фактический") должен быть намного ниже собственного спектра квазара.

Или скажем так. Мы видим выброс из квазара примерно в том же спектре, что и сам квазар. Но мы точно знаем, что этот выброс летит из квазара точно в нашу сторону со скоростью, близкой к скорости света. Следовательно, если бы тот же самый выброс вылетал из квазара перпендикулярно линии наблюдения, то мы видели бы его спектр в радиодиапазоне.

Вынос мозга.

[DESIGNER]

Извините за профанские вопросы. Но…

Но, насколько я владею информацией по Теме, у квазара два противоположно направленных выброса.  Так?

 -Тогда почему обсуждению подвергается выброс в нашу сторону?
 -Разве сравнение двух выбросов в противоположных направлениях не позволяет получать информацию, на порядки превосходящую информацию изучения лишь одного выброса в нашу сторону?

Спасибо.

В двух противоположных направлениях это вы, наверное, джетты черных дыр имеете ввиду. А я веду речь об "обычных" выбросах плазмы из квазаров.

[Интересующийся Дед]

В двух противоположных направлениях это вы, наверное, джетты черных дыр имеете ввиду. А я веду речь об "обычных" выбросах плазмы из квазаров.

Спасибо. Понял. Вопрос снят.

P.S. Задавая вопрос использовал информацию о квазарах из:
http://fb.ru/article/181272/kvazar---eto-chto-takoe-kvazar

[olegtitov]

Извините за профанские вопросы. Но…

Но, насколько я владею информацией по Теме, у квазара два противоположно направленных выброса.  Так?

 -Тогда почему обсуждению подвергается выброс в нашу сторону?
 -Разве сравнение двух выбросов в противоположных направлениях не позволяет получать информацию, на порядки превосходящую информацию изучения лишь одного выброса в нашу сторону?

Спасибо.

В двух противоположных направлениях это вы, наверное, джетты черных дыр имеете ввиду. А я веду речь об "обычных" выбросах плазмы из квазаров.

Это примерно одно и то же.
Джеты, направленные к нам, видны лучше, чем направленные от нас, из-за того, что выбросы плазмы в сторону наблюдателя ярче (из тех же самых релятивистских факторов).

[Geen]

Мы как-то друг-друга не понимаем. Вот смотрите. Есть квазар

А что Вы называете квазаром?

У него есть наблюдаемый спектр излучения.

И что это такое? Чем он порождается?

Если бы выброс из квазара двигался перпендикулярно линии наблюдения

Т.е. надо это понимать так, что выброс это что-то  отдельное?

А я веду речь об "обычных" выбросах плазмы из квазаров.

Обычный ультрарелятивистский выброс?

Где обо всём этом можно почитать?

[Интересующийся Дед]

В двух противоположных направлениях это вы, наверное, джетты черных дыр имеете ввиду. А я веду речь об "обычных" выбросах плазмы из квазаров.

Это примерно одно и то же.
Джеты, направленные к нам, видны лучше, чем направленные от нас, из-за того, что выбросы плазмы в сторону наблюдателя ярче (из тех же самых релятивистских факторов).

Ладно, пусть не яркие те, что от нас. Но их же наблюдают? Значит, можно сравнивать?

[DESIGNER]

Где обо всём этом можно почитать?

Я это прочитал в учебном пособии  [М.В.Сажин "Теория относительности", Государственный Астрономический Институт им. П.К.Штернберга, Рецензенты: др. физ. мат. наук В.Е.Жаров, др. физ. мат. наук К.В. Куимов.] Параграф 1.3.1 "Сверхсветовые движения и их интерпретация".

В этом параграфе речь идет о наблюдении сверхсветовых выбросов сгустков плазмы. В первом сообщении темы у меня есть цитата из этого параграфа. Приведу ее еще раз:
"Из многих квазаров наблюдаются выбросы большого количества вещества. При наблюдениях выбросов астрономы измеряли их угловые скорости. По их красному смещению определялось расстояние до квазаров. Умножая расстояние до квазаров на угловую скорость перемещения выбросов по небу астрономы получали поперечную скорость движения выброса. Стандартная процедура дала неожиданный результат. В нескольких случаях поперечная скорость движения выбросов оказалась больше скорости света!

Астрономы были поставлены перед нелегкой задачей. Казалось, что надо сделать выбор из двух, одинаково плохих вариантов. Первый - признать, что в природе могут существовать скорости больше, чем скорость света. Просто они не встречаются ни в солнечной системе, ни тем более в лабораторных условиях. Второй вариант - признать, что красное смещение в квазарах - не результат космологического красного смещения, а следовательно квазары могут быть расположены к нам гораздо ближе."

[olegtitov]

В двух противоположных направлениях это вы, наверное, джетты черных дыр имеете ввиду. А я веду речь об "обычных" выбросах плазмы из квазаров.

Это примерно одно и то же.
Джеты, направленные к нам, видны лучше, чем направленные от нас, из-за того, что выбросы плазмы в сторону наблюдателя ярче (из тех же самых релятивистских факторов).

Ладно, пусть не яркие те, что от нас. Но их же наблюдают? Значит, можно сравнивать?

Наблюдают, но в гораздо мЕньшем количестве.
Сравнивать можно. Их и сравнивают по мере сил.