Într-o manieră similară cu formarea unei alianțe pentru a învinge Steaua Morții lui Darth Vader, astăzi, mai bine de un deceniu, astronomii au format consorțiul Blazar Telescope pentru a înțelege pistolul Ray Nature al mortii (cunoscut, de altfel, și contrar numelui său sonor de la moarte, GASP s-a dovedit crucială pentru a descoperi secretele modului în care funcționează „LHC” al naturii.
„Fiind cele mai mari acceleratoare ale universului, jeturile blazar sunt importante pentru a înțelege”, a declarat Kavli Institute for Astrophysics and Cosmology Particle (KIPAC) Masaaki Hayashida, autorul corespondent al lucrării recente care prezintă noile rezultate cu KIPAC Astrofizicistul Greg Madejski. „Dar modul în care sunt produse și modul în care sunt structurate nu este bine înțeles. Încă vrem să înțelegem elementele de bază. ”
Blazarii domină cerul cu raze gamma, pete discrete pe fundalul întunecat al universului. Pe măsură ce materia din apropiere se încadrează în gaura neagră supermasivă din centrul unui blazar, „alimentând” gaura neagră, pulverizează o parte din această energie înapoi în univers, sub forma unui jet de particule.
Cercetătorii anterior au teoretizat că astfel de jeturi sunt ținute împreună de pâlcuri de câmp magnetic puternic, în timp ce lumina jetului este creată de particule care se învârt în jurul acestor „linii” de câmp magnetic subțire.
Cu toate acestea, până în prezent, detaliile au fost relativ slab înțelese. Studiul recent tulbură înțelegerea dominantă a structurii jetului, dezvăluind o nouă perspectivă asupra acestor fiare misterioase, dar puternice.
„Această lucrare este un pas semnificativ spre înțelegerea fizicii acestor jeturi”, a declarat directorul KIPAC, Roger Blandford. „Acest tip de observație va face posibilă descoperirea anatomiei lor.”
Pe parcursul unui an complet de observații, cercetătorii s-au concentrat asupra unui singur jet de blazar, 3C279, situat în constelația Fecioară, monitorizându-l în mai multe benzi de undă diferite: raze gamma, raze X, optice, infraroșu și radio. Blazars pâlpâie continuu, iar cercetătorii se așteptau la schimbări continue în toate benzile de undă. Cu toate acestea, la jumătatea anului, cercetătorii au observat o schimbare spectaculoasă a emisiilor de raze optice și de raze gamma ale jetului: o flacără de 20 de zile în razele gamma a fost însoțită de o schimbare dramatică a luminii optice a jetului.
Deși majoritatea luminii optice sunt nepolarizate - constând din lumină cu un amestec egal de toate polarizările - îndoirea extremă a particulelor energetice din jurul unei linii de câmp magnetic poate polariza lumina. În timpul flăcării cu raze gamma de 20 de zile, lumina optică de la jet și-a schimbat polarizarea. Această conexiune temporală între modificările luminii cu raze gamma și modificările polarizării optice sugerează că lumina în ambele benzi de undă este creată în aceeași parte a jetului; în acele 20 de zile, ceva din mediul local s-a schimbat pentru a provoca atât lumina optică cât și cea cu raze gamma.
„Avem o idee destul de bună despre locul în care se creează lumina optică cu jet; acum când știm că razele gamma și lumina optică sunt create în același loc, putem pentru prima dată să stabilim de unde provin razele gamma ”, a spus Hayashida.
Această cunoaștere are implicații de anvergură cu privire la modul în care o gaură neagră super-masivă produce jeturi polare. Marea majoritate a energiei eliberate într-un jet scapă sub formă de raze gamma, iar cercetătorii au crezut anterior că toată această energie trebuie eliberată în apropierea găurii negre, aproape de locul în care materia care curge în gaura neagră își dă energia în primul loc. Cu toate acestea, noile rezultate sugerează că, la fel ca lumina optică, razele gamma sunt emise relativ departe de gaura neagră. Acest lucru, au spus Hayashida și Madejski, la rândul lor sugerează că liniile câmpului magnetic trebuie să ajute cumva să călătorească energia departe de gaura neagră înainte de a fi eliberată sub formă de raze gamma.
„Ceea ce am găsit a fost foarte diferit de ceea ce ne așteptam”, a spus Madejski. „Datele sugerează că razele gamma nu sunt produse la una sau două zile lumină de la gaura neagră [așa cum era de așteptat], ci mai aproape de un an lumină. Este surprinzător. ”
Pe lângă faptul că dezvăluie unde se produce lumina jetului, schimbarea treptată a polarizării luminii optice dezvăluie și ceva neașteptat cu privire la forma generală a jetului: jetul pare să se curbeze în timp ce se deplasează departe de gaura neagră.
"La un moment dat în timpul unei raze de raze gamma, polarizarea s-a rotit cu aproximativ 180 de grade pe măsură ce intensitatea luminii s-a schimbat", a spus Hayashida. "Acest lucru sugerează că toate curbele jetului."
Această nouă înțelegere a funcționării interioare și a construcției unui jet blazar necesită un nou model de lucru al structurii jetului, unul în care jetul se curbă dramatic și lumina cea mai energică provine departe de gaura neagră. Acest lucru, a spus Madejski, este locul în care intră teoreticienii. „Studiul nostru reprezintă o provocare foarte importantă pentru teoreticieni: cum ați construi un jet care ar putea transporta energie atât de departe de gaura neagră? Și cum am putea apoi să detectăm asta? Luarea în considerare a liniilor câmpului magnetic nu este simplă. Calculele conexe sunt dificil de efectuat analitic și trebuie rezolvate cu scheme numerice extrem de complexe. "
Teoreticianul Jonathan McKinney, un coleg de la Universitatea Stanford, Einstein Fellow și expert în formarea jeturilor magnetizate, este de acord cu faptul că rezultatele pun la fel de multe întrebări. „Există o controversă îndelungată cu privire la aceste jeturi - despre exact de unde provine emisia de raze gamma. Această lucrare constrânge tipurile de modele cu jet care sunt posibile ", a declarat McKinney, care nu este asociat cu studiul recent. „Din punct de vedere al unui teoretician, sunt încântat pentru că înseamnă că trebuie să ne regândim modelele.”
Pe măsură ce teoreticienii consideră modul în care noile observații se potrivesc modelelor de funcționare a jeturilor, Hayashida, Madejski și alți membri ai echipei de cercetare vor continua să strângă mai multe date. "Există o necesitate clară de a efectua astfel de observații prin toate tipurile de lumină pentru a înțelege mai bine acest lucru", a spus Madejski. „Este nevoie de o cantitate masivă de coordonare pentru a realiza acest tip de studiu, care a inclus peste 250 de oameni de știință și date de la aproximativ 20 de telescoape. Dar merita."
Cu aceste și viitoarele studii pe mai multe lungimi de undă, teoreticienii vor avea o perspectivă nouă cu privire la modelele de funcționare a celor mai mari acceleratoare ale universului. Lui Darth Vader i s-a refuzat orice acces la aceste rezultate ale cercetării.
Surse: Comunicat de presă al Laboratorului Național Accelerator DOE / SLAC, o lucrare din numărul 18 februarie 2010 al Naturii.
