Yli kymmenen vuotta sitten tähtitieteilijät muodostivat koko maapallon Blazar-kaukoputken konsortion ymmärtämään jonkin verran liittouman muodostumista Darth Vaderin kuolematähteen kukistamiseksi, jotta ymmärrettäisiin Nature's Death Ray Gun (alias Ja toisin kuin sen kuoleman ovelta kuuluva nimi, GASP on osoittautunut ratkaisevaksi luonnon ”LHC” -toiminnan salaisuuksien selvittämiseksi.
"Universumin suurimpana kiihdyttimenä blazar-suihkukoneet ovat tärkeitä ymmärtää", sanoi Kavlin Hiukkasastrofysiikan ja kosmologian instituutin (KIPAC) tutkija Masaaki Hayashida, vastaava kirjoittaja äskettäisessä lehdessä, joka esitteli uudet tulokset KIPAC: n astrofysiikan Greg Madejskin kanssa. ”Mutta sitä, miten ne tuotetaan ja miten ne rakennetaan, ei ymmärretä hyvin. Etsimme edelleen ymmärtää perusasiat. "
Blazars hallitsee gammasäteilyä, erillisiä pisteitä maailmankaikkeuden tummassa taustassa. Kun lähellä oleva aine putoaa supermassiiviseen mustaan reikään blazarin keskellä, "syöttäen" mustaa reikää, se ruiskuttaa osan tästä energiasta takaisin universumiin hiukkassuihkuna.
Tutkijat olivat aiemmin teoreettiset, että tällaisia suuttimia pitävät yhdessä voimakkaat magneettikentän jännitteet, kun taas suihkun valoa luovat partikkelit, jotka kiertävät näiden ohutta ohutta magneettikenttä "viivaa" ympäri.
Tähän saakka yksityiskohdat ovat olleet suhteellisen huonosti ymmärrettyjä. Äskettäinen tutkimus järkyttää vallitsevaa ymmärrystä suihkun rakenteesta ja paljastaa uuden näkemyksen näistä salaperäisistä, mutta mahtavista petoista.
"Tämä työ on merkittävä askel kohti näiden suihkukoneiden fysiikan ymmärtämistä", sanoi KIPAC: n johtaja Roger Blandford. "Juuri tämäntyyppinen havainto antaa meille mahdollisuuden selvittää heidän anatomiansa."
Koko havainnointivuoden ajan tutkijat keskittyivät yhteen tiettyyn blazar-suihkukoneeseen, 3C279, joka sijaitsee neitsytkuvassa, ja tarkkaili sitä monilla eri aaltoalueilla: gammasäteellä, röntgensäteellä, optisella, infrapunasäteellä ja radiossa. Blazars vilkkuu jatkuvasti, ja tutkijat odottivat jatkuvia muutoksia kaikilla aaltoalueilla. Vuoden puolivälissä tutkijat havaitsivat kuitenkin suihkun optisen ja gammasäteilyn häiriömäisen muutoksen: gammasäteiden 20 päivän pituiseen leimahdukseen liittyi dramaattinen muutos suihkun optisessa valossa.
Vaikka suurin osa optisesta valosta on polarisoimatonta - koostuu valosta, jossa on yhtä suuri sekoitus kaikkia polarisaatioita -, energeettisten hiukkasten äärimmäinen taipuminen magneettikenttäviivan ympärillä voi polarisoida valon. 20 päivän gammasäteilyn aikana, suihkun optinen valo muutti sen polarisaatiota. Tämä ajallinen yhteys gammasäteilyvalon muutosten ja optisen polarisaation muutosten välillä viittaa siihen, että valo molemmissa aaltoalueissa syntyy suihkun samaan osaan; noiden 20 päivän aikana jotain paikallisessa ympäristössä muuttui aiheuttamaan sekä optisen että gammasäteen valon vaihtelun.
”Meillä on melko hyvä idea siitä, mihin suihkun optinen valo syntyy; Nyt kun tiedämme gammasäteiden ja optisen valon syntyvän samassa paikassa, voimme ensimmäistä kertaa määrittää, mistä gammasäteet tulevat ”, Hayashida sanoi.
Tällä tiedolla on kauaskantoisia vaikutuksia siihen, kuinka supermassiivinen musta reikä tuottaa polaarisuihkuja. Suurin osa suihkussa vapautuvasta energiasta karkaa gammasäteiden muodossa, ja tutkijat ajattelivat aiemmin, että koko tämä energia on vapautettava lähellä mustaa reikää, lähellä sitä kohtaa, johon mustaan aukkoon virtaava aine luovuttaa energiansa ensimmäinen sija. Uudet tulokset kuitenkin viittaavat siihen, että - kuten optinen valo -, gammasäteet lähetetään melko kaukana mustasta aukosta. Hayashida ja Madejski totesivat puolestaan, että magneettikenttälinjojen on jotenkin autettava energiaa kulkemaan kaukana mustasta reiästä ennen kuin se vapautuu gammasäteiden muodossa.
"Se mitä löysimme oli hyvin erilainen kuin mitä odotimme", sanoi Madejski. "Tiedot viittaavat siihen, että gammasäteitä ei tuoteta yhden tai kahden valopäivän päässä mustasta aukosta [kuten odotettiin], vaan lähempänä yhtä valovuotta. Se on yllättävää. "
Sen lisäksi, että paljastetaan, missä suihkussa valoa syntyy, optisen valon polarisaation asteittainen muutos paljastaa myös jotain odottamatonta suihkun yleisessä muodossa: suihku näyttää kaarevan, kun se kulkee mustasta aukosta.
"Yhdessä pisteessä gammasäteilyn aikana, polarisaatio kääntyi noin 180 astetta valon voimakkuuden muuttuessa", sanoi Hayashida. "Tämä viittaa siihen, että koko suihku käyrää."
Tämä uusi käsitys blazar-suihkun sisäisestä toiminnasta ja rakentamisesta vaatii uutta suihkun rakenteen työskentelymallia, jossa suihku sujuu dramaattisesti ja kaikkein energinen valo on kaukana mustasta aukosta. Tämä, Madejski sanoi, on siellä, missä teoreetikot tulevat. ”Tutkimuksemme on erittäin tärkeä haaste teoreetikoille: miten rakentaisit suihkun, joka voisi mahdollisesti kuljettaa energiaa niin kaukana mustasta aukosta? Ja miten voimme sitten havaita sen? Magneettikenttäviivojen huomioon ottaminen ei ole helppoa. Liittyviä laskelmia on vaikea tehdä analyyttisesti, ja ne on ratkaistava erittäin monimutkaisilla numeerisilla kaavoilla. "
Stanfordin yliopiston Einsteinin stipendiaatti ja magnetoitujen suihkukoneiden muodostumisen asiantuntija Jonathan McKinney on yhtä mieltä siitä, että tulokset esittävät niin monta kysymystä kuin vastaukset. ”Näistä suihkukoneista on käyty pitkään kiistoja - siitä, mistä gammasäteily tulee. Tämä työ rajoittaa mahdollisia suihkumallien tyyppejä ”, kertoi McKinney, joka ei liity tuoreeseen tutkimukseen. "Teoreetikon näkökulmasta olen innoissani, koska se tarkoittaa, että meidän on mietittävä mallejamme uudelleen."
Kun teoreetikot pohtivat, miten uudet havainnot sopivat suihkumoottorien toimintamalleihin, Hayashida, Madejski ja muut tutkimusryhmän jäsenet jatkavat tiedon keräämistä. "On selvää, että on suoritettava tällaisia havaintoja kaikenlaisessa valossa ymmärtääksesi sitä paremmin", sanoi Madejski. ”Tämän tyyppisen tutkimuksen suorittaminen vaatii valtavan määrän koordinointia, joka sisälsi yli 250 tutkijaa ja tietoja noin 20 kaukoputkesta. Mutta se on sen arvoista."
Tämän ja tulevien moniaallonpituustutkimusten avulla teoreetikoilla on uusi käsitys mallien luomiseen siitä, kuinka maailmankaikkeuden suurimmat kiihdyttimet toimivat. Darth Vaderilta on evätty pääsy näihin tutkimustuloksiin.
Lähteet: DOE / SLAC: n kansallisen kiihdytinlaboratorion lehdistötiedote, Lehti-lehden 18. helmikuuta 2010 julkaistu paperi.
