Podobně jako vytvoření aliance, která porazila smrtící hvězdu Dartha Vadera, vytvořili astronomové před více než deseti lety konsorcium Celá Země Blazar Telescope, aby pochopili Nature Death Gun Gun (aka A na rozdíl od jeho znějícího jména při smrti) GASP se ukázal jako klíčový pro odhalení tajemství toho, jak funguje „LHC“ přírody.
"Jako největší akcelerátoři vesmíru je důležité porozumět blazarovým tryskám," řekl výzkumný pracovník Kavli Institutu pro astrofyziku a kosmologii částic (KIPAC) Masaaki Hayashida, korespondující autor v nedávné práci, představující nové výsledky s astrofyzikem KIPAC Gregem Madejskim. "Ale jak jsou vyráběny a jak jsou strukturovány, není dobře známo." Stále se snažíme porozumět základům. “
Na obloze gama paprsků dominují plameny, diskrétní skvrny na tmavém pozadí vesmíru. Když okolní hmota spadne do supermasivní černé díry ve středu sklenice, „napájí“ černou díru, rozprašuje část této energie zpět ven do vesmíru jako paprsek částic.
Vědci dříve předpokládali, že takové trysky jsou drženy pohromadě silnými úponkami magnetického pole, zatímco světlo paprsku je vytvářeno částicemi, které se točí kolem těchto „linií“ tenkého magnetického pole.
Doposud však byly podrobnosti relativně špatně pochopeny. Nedávná studie narušuje převládající chápání struktury trysky a odhaluje nový pohled na tyto záhadné, ale mocné bestie.
"Tato práce je významným krokem k pochopení fyziky těchto trysek," řekl ředitel KIPAC Roger Blandford. "Je to tento druh pozorování, který nám umožní zjistit jejich anatomii."
V průběhu celého roku pozorování se vědci zaměřili na jeden konkrétní paprskový paprsek 3C279, který se nachází v souhvězdí Panny, a sleduje jej v mnoha různých vlnových pásmech: gama, rentgen, optické, infračervené a rádiové. Blazars bliká nepřetržitě a vědci očekávali neustálé změny ve všech vlnových pásmech. V polovině roku však vědci pozorovali velkolepou změnu v optickém a gama záření paprsku: 20denní vzplanutí paprsků gama bylo doprovázeno dramatickou změnou optického světla trysky.
Ačkoli většina optického světla je nepollarizovaná - sestávající ze světla se stejnou směsí všech polarizací - extrémní ohýbání energetických částic kolem magnetického pole může polarizovat světlo. Během 20denního světelného paprsku gama změnilo optické světlo z trysky svou polarizaci. Toto časové propojení mezi změnami v paprsku gama záření a změnami optické polarizace naznačuje, že světlo v obou vlnových pásmech je vytvářeno ve stejné části paprsku; během těchto 20 dnů se něco v místním prostředí změnilo, což způsobilo, že se změnilo jak optické, tak i gama záření.
"Máme docela dobrou představu o tom, kde v paprsku je vytvořeno optické světlo; nyní, když víme, že gama paprsky a optické světlo jsou vytvářeny na stejném místě, můžeme poprvé určit, odkud gama paprsky pocházejí, “řekla Hayashida.
Tato znalost má dalekosáhlé důsledky o tom, jak supermasivní černá díra produkuje polární trysky. Velká většina energie uvolněné v paprsku uniká ve formě paprsků gama, a vědci se dříve domnívali, že veškerá tato energie musí být uvolněna poblíž černé díry, v blízkosti místa, kde se látka proudící do černé díry vzdá své energie v První místo. Nové výsledky však naznačují, že - jako optické světlo - jsou paprsky gama emitovány relativně daleko od černé díry. To podle Hayashidy a Madejského zase naznačuje, že linie magnetického pole musí nějakým způsobem pomoci energii cestovat daleko od černé díry, než je uvolněna ve formě paprsků gama.
"To, co jsme našli, bylo velmi odlišné od toho, co jsme očekávali," řekl Madejski. „Data naznačují, že paprsky gama nejsou produkovány jeden nebo dva světelné dny od černé díry [jak se očekávalo], ale blíže k jednomu světelnému roku. To je překvapivé. “
Kromě odhalení toho, kde se v paprskovém světle vytváří, postupná změna polarizace optického světla také odhaluje něco neočekávaného ohledně celkového tvaru paprsku: proud se zdá, že se při cestování pryč od černé díry zakřivuje.
"V jednom okamžiku během erupce gama paprsků se polarizace po změně intenzity světla otočila o 180 stupňů," řekla Hayashida. "To naznačuje, že celé tryskové křivky."
Toto nové chápání vnitřního fungování a konstrukce paprskového paprsku vyžaduje nový pracovní model struktury trysky, model, ve kterém paprsek dramaticky zakřivuje a nejenergičtější světlo pochází daleko od černé díry. To, jak řekl Madejski, přicházejí teoretici. “Naše studie představuje pro teoretiky velmi důležitou výzvu: jak byste postavili paprsek, který by mohl potenciálně nést energii tak daleko od černé díry? A jak bychom to pak mohli zjistit? Zohlednění čar magnetického pole není jednoduché. Související výpočty je obtížné provádět analyticky a musí být řešeny pomocí extrémně složitých numerických schémat. “
Teoretik Jonathan McKinney, člen Stanfordské univerzity v Einsteinu a odborník na vytváření magnetizovaných trysek, souhlasí s tím, že výsledky představují tolik otázek, kolik zodpovídají. "O těchto tryskách došlo dlouho - o tom, odkud přesně vychází emise gama paprsků." Tato práce omezuje možné typy proudových modelů, “uvedl McKinney, který není spojen s nedávnou studií. "Z pohledu teoretika jsem nadšený, protože to znamená, že musíme přehodnotit naše modely."
Jak teoretici zvažují, jak nová pozorování zapadají do modelů fungování trysek, Hayashida, Madejski a další členové výzkumného týmu budou i nadále shromažďovat další data. "Existuje jasná potřeba provádět taková pozorování na všech typech světla, abychom to lépe pochopili," řekl Madejski. „K provedení tohoto typu studia, který zahrnoval více než 250 vědců a data z asi 20 dalekohledů, je zapotřebí velké množství koordinace. Ale stojí to za to."
Díky této a budoucím studiím o vlnových délkách budou mít teoretici nový pohled na to, jak vytvořit modely toho, jak fungují největší urychlovače vesmíru. Darth Vaderovi byl odepřen veškerý přístup k těmto výsledkům výzkumu.
Zdroje: DOE / SLAC National Accelerator Laboratory Press Release, dokument z 18. února 2010, vydání časopisu Nature.
