По начин, донякъде подобен на създаването на съюз, който да победи Звездата на смъртта на Дарт Вейдър, преди повече от десетилетие астрономите формираха консорциума за телескоп „Цялата Земя Блазар“, за да разберат оръжието на смъртта на природата на Рей (известен като противно на звучащото име на вратата при смъртта, GASP се оказа от решаващо значение за разгадаването на тайните за това как работи „LHC“ на Nature.
„Като най-големите ускорители на Вселената е важно да се разберат джаз-джетове“, казва научният сътрудник на Института по астрофизика и космология на частиците (KIPAC) Кавали Масааки Хаяшида, съответен автор на неотдавнашния документ, представящ новите резултати с астрофизика на KIPAC Грег Мадейски. „Но как се произвеждат и как са структурирани, не се разбира добре. Все още търсим да разберем основите. "
Блазарите доминират над небето на гама-лъчи, дискретни петна по тъмния фон на Вселената. Докато материята наблизо попада в свръхмасивната черна дупка в центъра на блазар, „захранвайки” черната дупка, тя разпръсква част от тази енергия обратно във Вселената като струя частици.
Преди това изследователите теоретизираха, че такива струи се държат заедно от силни влекачи на магнитното поле, докато светлината на струята се създава от частици, спираловидни около тези „линии“ на тънките магнитни полета.
И все пак досега подробностите бяха сравнително слабо разбрани. Неотдавнашното проучване разстройва преобладаващото разбиране за структурата на джета, разкривайки ново разбиране за тези мистериозни, но могъщи зверове.
„Тази работа е значителна стъпка към разбирането на физиката на тези струи“, каза директорът на KIPAC Роджър Бландфорд. "Този вид наблюдение ще ни позволи да разберем тяхната анатомия."
През цяла година от наблюдения изследователите се съсредоточиха върху един конкретен блазарен струя, 3C279, разположен в съзвездието Дева, като го наблюдаваха в много различни вълнови диапазони: гама-лъчи, рентгенови лъчи, оптични, инфрачервени и радио. Блазарите трептят непрекъснато и изследователите очакват непрекъснати промени във всички вълни. В средата на годината обаче изследователите наблюдават грандиозна промяна в оптичното и гама-излъчване на струята: 20-дневен пламък в гама-лъчите беше придружен от драматична промяна в оптичната светлина на струята.
Въпреки че повечето оптична светлина е неполяризирана - състояща се от светлина с еднаква смес от всички поляризации - екстремното огъване на енергийни частици около линия на магнитно поле може да поляризира светлината. По време на 20-дневния гама-лъч оптичната светлина от струята променя своята поляризация. Тази временна връзка между промените в светлината на гама-лъчите и промените в оптичната поляризация предполага, че светлината в двата вълнови диапазона се създава в една и съща част на струята; през тези 20 дни нещо в местната среда се промени, за да промени както оптичната светлина, така и светлината на гама-лъчите.
„Имаме доста добра представа къде в струйната оптична светлина се създава; сега, когато знаем, че гама-лъчите и оптичната светлина са създадени на едно и също място, можем за първи път да определим откъде идват гама-лъчите “, каза Хаяшида.
Това знание има далечни последици за това как свръхмасивна черна дупка произвежда полярни струи. По-голямата част от енергията, отделена в струя, избягва под формата на гама-лъчи, а изследователите по-рано смятат, че цялата тази енергия трябва да се освободи близо до черната дупка, близо до мястото, където материята, постъпваща в черната дупка, се отказва от енергията си в първо място. Но новите резултати предполагат, че подобно на оптичната светлина, гама лъчите се излъчват сравнително далеч от черната дупка. Това, казва Хаяшида и Мадейски, от своя страна предполага, че линиите на магнитното поле трябва по някакъв начин да помогнат на енергията да пътува далеч от черната дупка, преди да се освободи под формата на гама лъчи.
„Това, което открихме, беше много различно от това, което очаквахме“, каза Мадейски. „Данните сочат, че гама лъчите се произвеждат не един или два светлинни дни от черната дупка [както се очаква], а по-близо до една светлинна година. Това е изненадващо. "
В допълнение към разкриването къде се произвежда светлинната струя, постепенната промяна на поляризацията на оптичната светлина разкрива и нещо неочаквано за цялостната форма на струята: струята изглежда се извива, докато се отдалечава от черната дупка.
„В един момент по време на гама-лъч поляризацията се завъртя на около 180 градуса, докато интензитетът на светлината се промени“, каза Хаяшида. „Това подсказва, че целият крив струя.“
Това ново разбиране на вътрешната работа и изграждането на джазар струя изисква нов работен модел на структурата на струята, в който струята се извива драстично и най-енергичната светлина се издига далеч от черната дупка. Това, по думите на Мадейски, е мястото, където влизат теоретиците. „Нашето изследване представлява много важно предизвикателство за теоретиците: как бихте конструирали струя, която потенциално би могла да носи енергия толкова далеч от черната дупка? И как тогава бихме могли да открием това? Отчитането на линиите на магнитното поле не е просто. Свързаните изчисления е трудно да се направят аналитично и трябва да бъдат решени с изключително сложни цифрови схеми. "
Теоретикът Джонатан Маккини, сътрудник на университета в Станфорд Айнщайн и експерт по формирането на намагнетизирани струи, е съгласен, че резултатите поставят толкова много въпроси, колкото и отговорите. „Вече има много спорове за тези струи - за това откъде точно идва излъчването на гама-лъчите. Тази работа ограничава типовете модели реактивни модели, които са възможни “, казва Макинни, който не е свързан с неотдавнашното проучване. „От теоретична гледна точка съм развълнуван, защото това означава, че трябва да преосмислим нашите модели.“
Тъй като теоретиците смятат как новите наблюдения отговарят на моделите на работа на самолетите, Хаяшида, Мадейски и други членове на изследователския екип ще продължат да събират повече данни. „Има ясна необходимост да се провеждат подобни наблюдения от всички видове светлина, за да се разбере по-добре това“, каза Мадейски. „Необходима е огромна координация, за да се извърши този вид проучване, включващо над 250 учени и данни от около 20 телескопа. Но си струва."
С това и бъдещите изследвания на многовълновите дължини теоретиците ще имат нова представа, с която да изработят модели за това как работят най-големите ускорители на Вселената. На Дарт Вейдър е отказан достъп до тези резултати от изследванията.
Източници: DOE / SLAC Национална пресконференция за ускорители на лаборатории, документ в брой на 18 февруари 2010 г. на Nature.
