Relativistiset efektit, Doppler boosting

Huom: tämän sivun tekstissä symbolifontit (kreikkalaiset kirjaimet) on nyt "kirjoitettu auki" selvyyden vuoksi.

Yleistä

Kvasaareissa on havaittu ominaisuuksia, jotka ensinäkemältä näyttävät olevan ristiriidassa perusfysiikan kanssa. Joissakin kohteissa on havaittu VLBI-kartoista komponenttien nopeuksia tutkittaessa ylivalonnopeutta eli superluminaalista liikettä, ja joidenkin kvasaarien kirkkauslämpötilat ovat reippaasti korkeampia kuin laskennallinen IC-katastrofin perusteella (ks. synkrotronisäteily) päätelty maksimi, T_b=10¹² K. Nämä ilmiöt selittyvät kuitenkin kvasaarien plasmasuihkujen relativistisuuden ja havaintogeometrian avulla.

Kvasaareissa elektronit ovat ultrarelativistisessa liikkeessä, eli liikkuvat lähes valonnopeudella. Ne suuntautuvat kvasaarin ytimestä ulospäin hyvin kapeina säteilysuihkuina. Jos havaitsija havaitsee kvasaaria lähestulkoon tämän suihkun suunnasta, hän näkee ilmiöiden "buustaantuvan" relativististen vaikutusten johdosta, koska lähes valonnopeudella etenevä plasma emittoi itse eteenpäin valonnopeudella.

Superluminaalinen liike eli "ylivalonnopeus"

Tilanne on helpoimmin ymmärrettävissä allaolevan kuvan avulla. Komponentti K etenee kulmassa Theta havaitsijan näkösäteestä nopeudella v = beta*c. Kahden havainnon välillä sivuttaisliike on v*t*sin(Theta). Sinä aikana K on kulkenut matkan v*t*cos(Theta) kohti havaitsijaa, eli havaintoaika lyhenee t-beta*t* cos(Theta):ksi (koska c*t-v*t*cos(Theta) = c*t-beta*c*t*cos(Theta)). O:n mielestä siis nopeus v_app = beta_app*c; missä beta_app = (beta*sin(Theta))/(1-beta*cos(Theta)).

Relativistiset efektit

beta: nopeus osia valonnopeudesta.
Gamma: Lorentz-tekijä = (1-beta²)^-0.5
Theta: havaintokulma.
Näistä saadaan Doppler-kerroin D=[Gamma*(1-beta*cos(Theta))]^-1

Relativistinen liike aiheuttaa havainnoissa seuraavat ilmiöt:

• Taajuuden siirtyminen korkeammalle.
• Aikakompressio.
• Vuonkasvu.
• Kirkkauslämpötilan kasvu.
• Näennäinen ylivalonnopeus.

Esimerkiksi kirkkauslämpötilan kasvu on T_obs= T₀*D³, joten tämä selittää kvasaareissa havaitut IC-katastrofirajaa korkeammat (näennäiset) kirkkauslämpötilat. Myös vaikutukset vuohon, aikaskaaloihin ja havaintotaajuuteen tulee huomioida etenkin verrattaessa keskenään voimakkaasti "buustatun" ja ei-buustatun kvasaarin havaintoja.

Tämä sivu on päivitetty viimeksi: 2004-10-27 / mtt.

Takaisin luentosivulle.
Takaisin kvasaarisivulle.
Takaisin kurssin pääsivulle.