Līdzīgi kā alianses izveidošana, lai pieveiktu Darta Vadera Nāves zvaigzni, vairāk nekā pirms desmit gadiem astronomi izveidoja Visa Zemes Blazara teleskopa konsorciju, lai saprastu Dabas nāves staru ieroci (aka Un pretēji tam, kas skan nāves brīdī, GASP ir izrādījies izšķirošs, lai atklātu dabas “LHC” darbības noslēpumus.
"Kā visuma lielākie paātrinātāji, ir svarīgi saprast blazar sprauslas," sacīja Kavli Daļiņu astrofizikas un kosmoloģijas institūta (KIPAC) pētnieks Masaki Hayashida, kas ir nesenā darba atbilstošais autors, iepazīstinot ar jaunajiem KIPAC astrofiziķa Grega Madejski rezultātiem. “Bet tas, kā tie tiek ražoti un kā tie ir strukturēti, nav labi saprotams. Mēs joprojām vēlamies saprast pamatus. ”
Gama staru debesīs dominē blazāri, diskrēti plankumi uz tumšā Visuma fona. Tā kā tuvumā esošā viela nonāk supermasīvajā melnajā caurumā blazāres centrā, “barojot” melno caurumu, tā daļu šīs enerģijas izsmidzina atpakaļ Visumā kā daļiņu strūkla.
Pētnieki jau iepriekš bija teorējuši, ka šādas strūklas tur kopā spēcīgas magnētiskā lauka stīgas, savukārt strūklas gaismu rada daļiņas, kuras spirālveidīgi virzās ap šīm plānas magnētiskā lauka “līnijām”.
Tomēr līdz šim sīkāka informācija ir bijusi samērā slikta. Nesenais pētījums izjauc valdošo izpratni par strūklas struktūru, atklājot jaunu ieskatu šajos noslēpumainajos, bet vēl varenajos zvēros.
"Šis darbs ir nozīmīgs solis, lai izprastu šo sprauslu fiziku," sacīja KIPAC direktors Rodžers Blandfords. "Tieši šāda veida novērojumi ļaus mums izdomāt viņu anatomiju."
Visu novērojumu gadu pētnieki koncentrējās uz vienu konkrētu blazar strūklu 3C279, kas atrodas Jaunavā zvaigznājā, pārraugot to daudzās dažādās viļņu joslās: gamma, rentgena, optiskajā, infrasarkanā un radio. Blazars mirgo nepārtraukti, un pētnieki gaidīja nepārtrauktas izmaiņas visās viļņu joslās. Gada vidū pētnieki tomēr novēroja iespaidīgas izmaiņas strūklas optiskajā un gamma-starojuma izstarojumā: 20 dienas ilgu gamma staru uzliesmojumu pavadīja dramatiskas izmaiņas strūklas optiskajā apgaismojumā.
Lai arī lielākā daļa optiskā apgaismojuma nav polarizēta - sastāv no gaismas ar vienādu visu polarizāciju sajaukumu -, enerģētisko daļiņu ārkārtējs saliekums ap magnētiskā lauka līniju var gaismu polarizēt. 20 dienu ilgas gamma staru uzliesmošanas laikā strūklas optiskais apgaismojums mainīja tā polarizāciju. Šis laika savienojums starp izmaiņām gamma staru gaismā un izmaiņām optiskajā polarizācijā liek domāt, ka gaisma abās viļņu joslās tiek radīta tajā pašā strūklas daļā; šo 20 dienu laikā vietējā vidē kaut kas mainījās, lai mainītu gan optisko, gan gamma staru gaismu.
“Mums ir diezgan laba ideja par to, kur strūklā tiek radīts optiskais apgaismojums; Tagad, kad mēs zinām, ka gamma stari un optiskā gaisma ir radīti tajā pašā vietā, mēs pirmo reizi varam noteikt, no kurienes gamma stari nāk, ”sacīja Hayashida.
Šīm zināšanām ir tālejoša ietekme uz to, kā supermasīvs melnais caurums rada polārās strūklas. Lielākā enerģijas daļa, kas izdalās strūklā, izplūst gamma staru veidā, un pētnieki iepriekš uzskatīja, ka visa šī enerģija jāizdalās melnā cauruma tuvumā, turpat, kur viela, kas plūst melnajā caurumā, atsakās no savas enerģijas pirmā vieta. Tomēr jaunie rezultāti liecina, ka gammas stari, tāpat kā optiskā gaisma, tiek izstaroti salīdzinoši tālu no melnā cauruma. Tas, Hajašida un Madejski teiktais, savukārt liek domāt, ka magnētiskā lauka līnijām kaut kā jāpalīdz enerģijai ceļot tālu no melnā cauruma, pirms tā tiek atbrīvota gamma staru veidā.
"Tas, ko mēs atradām, ļoti atšķīrās no tā, ko mēs gaidījām," sacīja Madejski. “Dati liecina, ka gamma stari tiek ražoti nevis vienu vai divas gaismas dienas no melnā cauruma [kā varēja gaidīt], bet tuvāk vienam gaismas gadam. Tas ir pārsteidzoši. ”
Paralēli optiskās gaismas polarizācijas maiņai tajā, kas atklāj strūklu, tiek atklāts arī kaut kas negaidīts attiecībā uz strūklas vispārējo formu: strūkla, šķiet, liekas, virzoties prom no melnā cauruma.
"Vienā gamma staru uzliesmojuma laikā polarizācija pagriezās apmēram par 180 grādiem, mainoties gaismas intensitātei," sacīja Hayashida. "Tas liek domāt, ka visa strūkla ir izliekta."
Šī jaunā izpratne par blazar strūklas iekšējo darbību un uzbūvi prasa jaunu strūklas struktūras modeli, kurā strūkla dramatiski izliekas un visenerģētiskākā gaisma rodas tālu no melnā cauruma. Madejski sacīja, ka šeit nonāk teorētiķi. “Mūsu pētījums rada ļoti svarīgu izaicinājumu teorētiķiem: kā jūs uzkonstruētu strūklu, kas potenciāli varētu nest enerģiju tik tālu no melnā cauruma? Un kā tad mēs to varējām atklāt? Magnētiskā lauka līniju ņemšana vērā nav vienkārša. Saistītos aprēķinus ir grūti izdarīt analītiski, un tie jāatrisina ar ārkārtīgi sarežģītām skaitliskām shēmām. ”
Teorētiķis Džonatans Makkinijs, Stenfordas universitātes Einšteina stipendiāts un magnetizēto strūklu veidošanas eksperts, piekrīt, ka rezultāti uzdod tik daudz jautājumu, cik viņi atbild. “Par šīm sprauslām ir bijuši ilgstoši strīdi - tieši par to, no kurienes nāk gamma starojuma emisija. Šis darbs ierobežo iespējamos reaktīvo dzinēju modeļus, ”sacīja Makkinijs, kurš nav saistīts ar neseno pētījumu. "No teorētiķa viedokļa es esmu sajūsmā, jo tas nozīmē, ka mums ir jāpārdomā savi modeļi."
Tā kā teorētiķi apsver, kā jaunie novērojumi atbilst sprauslu darbības modeļiem, Hayashida, Madejski un citi pētnieku grupas locekļi turpinās vākt vairāk datu. "Ir acīmredzami jāveic šādi novērojumi visu veidu gaismā, lai to labāk saprastu," sacīja Madejski. “Šāda veida pētījumu veikšana prasa milzīgu koordināciju, kurā bija iekļauti vairāk nekā 250 zinātnieki un dati no aptuveni 20 teleskopiem. Bet tas ir tā vērts. ”
Ar šiem un turpmākajiem vairāku viļņu garuma pētījumiem teorētiķiem būs jauns ieskats, kā veidot modeļus, kā darbojas Visuma lielākie paātrinātāji. Dartam Vaderam ir liegta pieeja visiem šiem pētījumu rezultātiem.
Avoti: DOE / SLAC Nacionālās paātrinātāja laboratorijas paziņojums presei, raksts Dabas 2010. gada 18. februāra numurā.
