상대론적 비밍

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상대론적 비밍(Doppler beaming, 도플러 부스팅 또는 헤드라이트 효과라고도 한다)은 상대론적 효과가 빛의 속도에 가까운 속도로 이동하는 발광 물질의 겉보기 광도를 수정하는 과정이다. 천문학적 맥락에서 상대론적 비밍은 일반적으로 물질을 발생시키는 중심 콤팩트 물체에서 유래한 두 개의 반대방향으로 유도된 상대론적 플라즈마의 제트기에서 발생한다. X선 바이너리, 감마선 버스트, 그리고 훨씬 더 큰 규모로 활성 은하핵(quasars도 계발하는 소형 물체와 연관되지만, 단지 특정 종류의 활성 은하핵, 또는 AGN에 불과한 것으로 생각된다)을 설명하기 위해 소형 물체와 상대론적 제트기가 호출된다.

비밍은 배가 등대에서 오는 빛을 보는 방향이 그 빛의 지각된 밝기에 영향을 미치는 것과 같은 방식으로 움직이는 물체의 겉보기 밝기에 영향을 미친다: 빛은 그 물체를 향해 회전하는 비콘을 향할 때, 그 물체가 밝은 것으로 보일 때를 제외하고는 그 빛에 어둡거나 보이지 않게 나타난다. 소위 등대효과라고 불리는 이 효과는 관찰자에 대한 움직임의 방향의 중요성을 잘 보여준다. 관찰자에 상대적인 가스의 구름과 전자기 방사선을 방출하는 것을 고려한다. 기체가 관찰자를 향해 움직이고 있다면 정지해 있을 때보다 더 밝아지겠지만 기체가 멀어질 경우 기체가 더 희미하게 보일 것이다. 효과의 크기는 은하 M87과 3C 31의 AGN 제트로 설명된다(오른쪽 이미지 참조). M87은 지구와 거의 직접적으로 향하는 방향과 멀리 향하는 방향의 쌍둥이 제트기를 가지고 있다; 지구를 향해 이동하는 제트기는 분명히 보인다(상단 이미지에서 길고 얇은 푸른색 특징), 반면에 다른 제트기는 너무 희미해서 보이지 않는다.^[1] 3C 31에서 두 제트기(아래 그림으로 표시됨)는 거의 직각이며, 따라서 두 제트기가 모두 보인다. 상부 제트기는 실제로 지구의 방향을 약간 더 가리켜서 더 밝다.^[2]

상대론적으로 움직이는 물체는 다양한 물리적 효과로 인해 빛을 발한다. 빛 일탈은 물체의 운동 방향을 따라 대부분의 광자를 방출하게 한다. 도플러 효과는 광자를 빨강 또는 파랑으로 변화시킴으로써 광자의 에너지를 변화시킨다. 마지막으로, 방출 물체를 따라 움직이는 시계에 의해 측정된 시간 간격은 시간 확장과 광자 도착 시간 효과로 인해 지구상에서 관찰자가 측정한 시간 간격과 다르다. 이러한 모든 효과가 어떻게 움직이는 물체의 밝기 또는 명백한 광도를 수정하는가는 상대론적 도플러 효과(상대론적 비밍을 도플러 비밍이라고도 하는 이유)를 설명하는 방정식에 의해 결정된다.

심플 제트 모델

제트기에 대한 가장 간단한 모델은 단일 동질 구가 거의 빛의 속도로 지구를 향해 이동하는 것이다. 이 단순한 모델 또한 비현실적이지만, 그것은 꽤 잘 길들이기 위한 물리적 과정을 잘 보여준다.

싱크로트론 스펙트럼과 스펙트럼 지수

상대론적 제트는 싱크로트론 배출을 통해 대부분의 에너지를 방출한다. 우리의 단순한 모델에서 구체는 높은 상대론적 전자와 꾸준한 자기장을 포함하고 있다. 블롭 안의 전자는 빛의 속도보다 아주 작은 분량으로 이동하며 자기장에 의해 휘핑된다. 전자에 의한 각각의 방향 변화는 광자의 형태로 에너지의 방출을 동반한다. 충분한 전자와 충분히 강력한 자기장으로 상대론적 구체는 상대적으로 약한 무선 주파수에서 강력한 X선 광자에 이르는 엄청난 수의 광자를 방출할 수 있다.

샘플 스펙트럼 그림은 단순한 싱크로트론 스펙트럼의 기본 특징을 보여준다. 낮은 주파수에서 제트 구체는 불투명하며 주파수에 따라 고점을 찍고 감소하기 시작할 때까지 조도가 증가한다. 샘플 이미지에서 이 피크 주파수는 ${\displaystyle \mathrm{로그}}$ ${\displaystyle }$= ${\displaystyle 3}$ ${\displaystyle \log \nu =3}$에서 발생한다$.$ 이보다 높은 주파수에서 제트 구는 투명하다. 조도는 브레이크 주파수에 도달할 때까지 주파수와 함께 감소하고 그 후에는 더 빠르게 감소한다. 동일한 이미지에서 ${\displaystyle \mathrm{끊기}}$ 빈도는 $\$ = 7 {\$displaystyle \log \nu$ =7}일 때 발생한다$.$ 급격한 차단 주파수는 광자를 방출하는 전자가 매우 높은 주파수에서 그들의 에너지의 대부분을 매우 빠르게 잃기 때문에 발생한다. 고에너지 전자의 수가 급격히 감소하면 스펙트럼의 급격한 감소를 의미한다.

싱크로트론 스펙트럼의 기울기 변화는 스펙트럼 지수로 매개변수화된다. 주어진 주파수 범위에 걸친 스펙트럼 지수 α는 단순히 ${\displaystyle \mathrm{로그}}$ ${\displaystyle }$ ${\displaystyle S}$ ${\displaystyle \log S}$ 대 ${\displaystyle \mathrm{로그<img\; alt="\backslash log\; S"\; aria-hidden="true"\; class="mwe-math-fallback-image-inline"\; src="https://wikimedia.org/api/rest\_v1/media/math/render/svg/55d10200f8964086b13668739008759a2e11921b"\; style="vertical-align:\; -0.671ex;\; width:4.858ex;\; height:2.509ex;"\; papago-attr-id="81">}}$ ${\displaystyle }$ ${\displaystyle \log \nu$의 다이어그램의 기울기일 뿐이다(물론 스펙트럼이 실제 의미를 가지려면 해당 범위에 걸쳐 거의 직선이 되어야 한다).

비밍 방정식

단일 동질 구의 단순한 제트 모델에서 관찰된 발광도는 다음과 같은 내적 발광도와 관련이 있다.

${\displaystyle S_{o}=S_{e}D^{p}\...}$

어디에

$\displaystyle p=3-\cHB \,}$

따라서 관측된 조도는 도플러 인자 $D{\displaystyle }$ ${\displaystyle D$를 통한 제트 속도 및 가시선까지의 각도에 따라 달라지며, 스펙트럼 지수를 가진 지수에서 나타낸 것과 같이 제트 내부의 특성에 따라 달라진다.

비밍 방정식은 다음과 같은 세 가지 효과로 나눌 수 있다.

• 상대론적 일탈
• 시간확장
• 파란색 또는 빨간색 하이프팅

일탈

일탈은 관찰자의 상대적인 횡방향 운동으로 인한 물체의 겉보기 방향의 변화다. 관성 시스템에서 광 시간 보정과는 동일하고 반대다.

일상생활에서 일탈은 잘 알려진 현상이다. 바람이 불지 않는 날 빗속에 서 있는 사람을 생각해 보라. 사람이 가만히 서 있으면 빗방울은 곧장 땅으로 내려가는 길을 따라갈 것이다. 그러나, 예를 들어 차 안에서 사람이 움직이고 있다면, 비는 비스듬히 다가오는 것처럼 보일 것이다. 이 명백한 빗방울 방향의 변화는 일탈이다.

일탈의 양은 관측자에 상대적인 방출 물체나 파동의 속도에 따라 달라진다. 위의 예에서 이것은 빗물의 속도와 비교한 차의 속도일 것이다. 이것은 $물체$가 c ${\displaystyle c$}에 가까운 속도로 움직이고 있을 때 변경되지 않는다$.$ 고전적 효과와 상대론적 효과와 마찬가지로 일탈은 1) 방출 당시의 방출체의 속도와 2) 흡수 당시의 관찰자의 속도에 따라 달라진다.

상대론적 제트기의 경우, 비밍(배출 이탈)은 제트기가 이동하는 방향을 따라 더 많은 에너지가 앞으로 보내지는 것처럼 보이게 할 것이다. 단순 제트 모델에서 균일한 구체는 구의 나머지 프레임에서 모든 방향에서 동등하게 에너지를 방출할 것이다. 지구의 나머지 프레임에서 움직이는 구체는 운동 방향을 따라 대부분의 에너지를 방출하는 것으로 관찰될 것이다. 그러므로 에너지는 그 방향을 따라 '빛나는' 것이다.

양적으로, 일탈은 의 발광도의 변화를 설명한다.

$D^{2}\, displaystyle D^,}$

시간확장

시간 확장은 특수상대성이론의 잘 알려진 결과로서 관찰된 광도의 변화를 설명한다.

$D^{1}\, displaystyle D^,}$

파란색 또는 빨간색 하이프팅

청색 또는 적색 하이프팅은 특정 주파수에서 관찰된 발광도를 변화시킬 수 있지만, 이것은 비밍 효과가 아니다.

블루스히프팅은 관찰된 발광도의 변화를 설명한다.

${\displaystyle {\frac {1}{D^{\\alpha }}\,}$

로렌츠 불변제

비밍 방정식을 도출하는 보다 정교한 방법은 S ${\displaystyle \frac{{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{3\mathrm{}}^{}}{}}$ ${\$의 양부터 시작한다$.$ 이 수량은 로렌츠 불변량이기 때문에 값이 다른 기준 프레임에서 동일하다.

용어.

환히 빛나다

'희극적 비밍'의 짧은 용어

베타.

빛의 속도에 대한 제트 속도의 비율, 때로는 '제비론적 베타'라고도 불린다.

핵심의

중앙 블랙홀 주위의 은하 지역

대항제트

시야에 가까운 곳에 위치한 선원의 저쪽에 있는 제트기는 매우 희미하고 관찰하기 어려울 수 있다.

도플러 인자

비밍을 포함한 AGN에서 상대론적 효과의 강도(또는 약점)를 제트 속도 및 지구와 시선에 대한 각도에 기초하여 측정하는 수학적 표현

평평한 스펙트럼

낮은 주파수에 비해 높은 주파수에서 많은 에너지를 방출하는 비주파 스펙트럼의 용어

본질적 발광성

제트기의 나머지 프레임에 있는 제트로부터의 광도

제트('제트리스틱 제트'라고 함)

AGN의 극지 방향에서 방출되는 고속(c에 가까운) 혈장 스트림

관측된 발광도

지구의 나머지 프레임에 있는 제트로부터의 광도

스펙트럼 지수

비주파 스펙트럼이 주파수에 따라 어떻게 변화하는지 측정한다. α가 작을수록 높은 주파수에서의 에너지는 더 유의하다. 일반적으로 α는 0 ~ 2의 범위에 있다.

가파른 스펙트럼

낮은 주파수에 비해 높은 주파수에서 에너지를 거의 방출하지 않는 비주파 스펙트럼의 용어

물리량

지구와 시선의 각도에 맞추다.

$\displaystyle \theta \,\!}$

제트 속도

${\displaystyle v_{j}\,\!}$

본질적 발광성

${\displaystyle S_{}}$ ${\displaystyle e_{}}$ $displaystyle S_{e}\,\!}($가끔 방출된 조명도라고도 함)

관측된 조도

${\displaystyle S_{o}\,\!}$

스펙트럼 지수

${\displaystyle \alpha }$ $displaystyle \alpha \,\!}$ 여기서$$ $S{\displaystyle }$∝ ${\displaystyle {\alpha }^{}}$ α $displaystyle S\propto \nu ^{\alpha }\,\!}$

빛의 속도

${\displaystyle c}$= 2${\displaystyle .9979}$ ${\displaystyle \times }$ ${\displaystyle {10\mathrm{}}^{}}$ 8 ${\$m$$/s

수학 식

상대적 베타

${\displaystyle \c} ={\frac {v_{j}}{c}}$

로렌츠 인자

${\displaystyle \cHB ={\frac {1}{\sqrt{1-\reason ^{2}}:}$

도플러 인자

${\displaystyle D={\frac {1}{\gamma(1-\beta \cos \theta )}}$

참고 항목

• 천체물리학적 제트
• 플라스마 물리학 논문 목록
• 상대론적 도플러 효과
• 상대론적 입자
• 상대성 플라즈마
• 상대론적 유사성 매개변수
• 상대파 방정식

참조

외부 링크

• 상대론적 일탈에 대한 자세한 설명