Na način pomalo nalik stvaranju saveza za poraz Darth Vaderove Zvijezde smrti, prije više od desetljeća astronomi su osnovali konzorcij teleskopa Blaz Zemlje za cijelu Zemlju kako bi razumjeli prirodu Pištolja Ray Ray-a smrti (aka. I suprotno od zvučnog imena na vratima smrti, GASP se pokazao ključnim za otkrivanje tajni kako Nature's "LHC" djeluje.
"Kao najveći akceleratori u svemiru, važni su mlazni zrakoplovi važni za razumijevanje", rekao je Masaaki Hayashida, znanstveni suradnik Instituta za astrofiziku i kozmologiju čestica (KIPAC), nedavni autor koji je predstavio nove rezultate s astrofizičara KIPAC-a Grega Madejskog. "Ali kako se proizvode i kako su strukturirani, nije dobro shvaćeno. Još uvijek tražimo da razumijemo osnove. "
Blazari dominiraju nebom gama zraka, diskretnim mrljama na tamnoj pozadini svemira. Kako materija u blizini padne u supermasivnu crnu rupu u središtu blazara, "nahranivši" crnu rupu, ona prska dio ove energije natrag u svemir kao mlaz čestica.
Istraživači su ranije teoretizirali da takve mlazove drže zajedno snažne žile magnetskog polja, dok svjetlost mlaza nastaje česticama koje se spiralno okreću oko tih „linija“ magnetskog polja tankog.
Pa ipak, do sada su detalji relativno slabo razumljeni. Nedavna studija narušava prevladavajuće razumijevanje mlazne strukture, otkrivajući novi uvid u ove misteriozne, ali ipak silne zvijeri.
"Ovaj je rad značajan korak prema razumijevanju fizike ovih mlazeva", rekao je direktor KIPAC-a Roger Blandford. "Ova vrsta promatranja omogućit će nam da shvatimo njihovu anatomiju."
Tijekom čitave godine promatranja, istraživači su se usredotočili na jedan poseban mlazni zrak, 3C279, smješten u zviježđu Djevica, nadzirući ga u mnogim raznim valnim opsezima: gama-zrakama, rendgenu, optičkim, infracrvenim i radiom. Blazi neprestano trepere, a istraživači su očekivali stalne promjene u svim valnim opsezima. Sredinom godine, međutim, istraživači su primijetili spektakularnu promjenu mlazne optičke i gama-zrake: 20-dnevni bljesak gama zraka praćen je dramatičnom promjenom mlaza optičkog svjetla.
Iako je većina optičke svjetlosti nepolarizirana - sastoji se od svjetlosti s jednakom mješavinom svih polarizacija - ekstremno savijanje energetskih čestica oko magnetske polja može polarizirati svjetlost. Tijekom 20-dnevnog bljeska gama zraka, optička svjetlost iz mlaza promijenila je polarizaciju. Ova vremenska povezanost između promjena svjetlosti gama zraka i promjena optičke polarizacije sugerira da se svjetlost u oba pojasa stvara u istom dijelu mlaza; tijekom tih 20 dana promijenilo se nešto u lokalnom okruženju što je uzrokovalo promjenu optičke i gama-svjetlosti.
„Imamo prilično dobru predodžbu o tome gdje se u mlaznom svjetlu stvara svjetlost; sada kada znamo da se gama zrake i optička svjetlost stvaraju na istom mjestu, možemo po prvi put utvrditi odakle gama zrake dolaze ", rekao je Hayashida.
Ovo znanje ima dalekosežne implikacije na način na koji supermasivna crna rupa proizvodi polarne mlaznice. Velika većina energije koja se oslobađa u mlazu bježi u obliku gama zraka, a istraživači su ranije mislili da se sva ta energija mora osloboditi u blizini crne rupe, blizu mjesta gdje se materija koja teče u crnu rupu odustaje od energije u prvo mjesto. Ipak, novi rezultati sugeriraju da se - poput optičke svjetlosti - gama zrake emitiraju relativno daleko od crne rupe. Ovo, rekoše Hayashida i Madejski, zauzvrat upućuje na to da linije magnetskog polja moraju nekako pomoći energiji da putuje daleko od crne rupe prije nego što se pusti u obliku gama zraka.
"Ono što smo pronašli bilo je vrlo drugačije od onoga što smo očekivali", rekao je Madejski. "Podaci sugeriraju da gama zrake nastaju ne jedan ili dva svjetlosna dana iz crne rupe [kao što se očekivalo], već bliže jednoj svjetlosnoj godini. To je iznenađujuće. "
Osim što otkriva gdje se svjetlost mlaza stvara, postupna promjena polarizacije optičke svjetlosti također otkriva i nešto neočekivano u ukupnom obliku mlaza: mlaz izgleda da zakrivi dok putuje dalje od crne rupe.
"U jednom trenutku, tijekom bljeska gama zraka, polarizacija se rotirala za oko 180 stupnjeva dok se intenzitet svjetlosti mijenjao", rekao je Hayashida. "Ovo sugerira da je cijeli mlaz krivulja."
Ovo novo razumijevanje unutarnjeg djelovanja i konstrukcije blazarnog mlaza zahtijeva novi radni model mlazeve strukture, onaj u kojem mlaz dramatično zakrivi, a najenergičnije svjetlo potječe daleko od crne rupe. Ovo je, rekao je Madejski, tamo gdje dolaze teoretičari. „Naša je studija teoretičarima vrlo važan izazov: kako biste mogli konstruirati mlaz koji bi mogao nositi energiju toliko daleko od crne rupe? I kako smo onda to mogli otkriti? Uzimanje u obzir linija magnetskog polja nije jednostavno. Srodne proračune teško je napraviti analitički i moraju se riješiti izuzetno složenim numeričkim shemama. "
Teoretičar Jonathan McKinney, suradnik sa Sveučilišta Stanford, Einstein i stručnjak za formiranje magnetiziranih mlazeva, slaže se da rezultati postavljaju onoliko pitanja koliko odgovore. "Dugo su se raspravljale oko ovih mlaznica - otprilike odakle dolazi emisija gama zraka. Ovaj rad ograničava vrste mlaznih modela koji su mogući “, rekao je McKinney, koji nije povezan s nedavnom studijom. "S gledišta teoretičara, uzbuđen sam jer to znači da trebamo preispitati svoje modele."
Kako teoretičari smatraju kako nova opažanja odgovaraju modelima rada mlaznica, Hayashida, Madejski i drugi članovi istraživačkog tima nastavit će prikupljati više podataka. "Postoji jasna potreba za provođenjem takvih opažanja na svim vrstama svjetla kako bismo ovo bolje razumjeli", rekao je Madejski. „Za obavljanje ove vrste studija potrebna je velika koordinacija koja je uključivala više od 250 znanstvenika i podatke s oko 20 teleskopa. Ali to se isplati. "
S ovim i budućim istraživanjima viševalnih duljina teoretičari će imati novi uvid s kojim mogu izraditi modele kako rade najveći svemirski akceleratori. Darthu Vaderu uskraćen je svaki pristup tim rezultatima istraživanja.
Izvori: Priopćenje za nacionalnu laboratoriju za ubrzavanje DOE / SLAC, članak u broju Nature za 18. veljače 2010.
