Na način, ki je nekoliko podoben ustanovitvi zavezništva za poraz Darth Vaderjeve Zvezde smrti, so astronomi pred več kot desetletjem ustanovili konzorcij teleskopa Blasar Whole Earth, da bi razumeli Nature's Death Ray Gun (aka in v nasprotju s svojim zvenečim zvočnim imenom, GASP se je izkazal za ključnega pomena za razkritje skrivnosti, kako deluje Nature LHC.
"Kot največji pospeševalci vesolja je pomembno razumevanje blazerskih curkov," je dejal znanstveni sodelavec inštituta Kavli za astrofiziko in kozmologijo delcev (KIPAC) Masaaki Hayashida, dopisni avtor v nedavnem prispevku, ki je predstavil nove rezultate s astrofizikom KIPAC Gregom Madejskim. "Toda kako nastajajo in kako so strukturirani, ni dobro razumljeno. Še vedno želimo razumeti osnove. "
Blazarji prevladujejo v nebu gama-žarkov, na temnem ozadju vesolja so diskretne pike. Ko bližnja snov pade v supermasivno črno luknjo v središču blazarja, "nahranijo" črno luknjo, nekaj del te energije razprši nazaj v vesolje kot curek delcev.
Raziskovalci so že prej teoretizirali, da takšne curke držijo skupaj močne magnetne polja, medtem ko svetloba curka ustvarja delce, ki se spiralirajo okoli teh "linij" tankega magnetnega polja.
Vendar so bile do zdaj podrobnosti razmeroma slabo razumljene. Nedavna študija vznemirja prevladujoče razumevanje strukture curka in razkriva nov vpogled v te skrivnostne, a mogočne zveri.
"To delo je pomemben korak k razumevanju fizike teh curkov," je dejal direktor KIPAC-a Roger Blandford. "Ta vrsta opazovanja bo omogočila, da ugotovimo njihovo anatomijo."
V celotnem letu opazovanj so se raziskovalci osredotočili na en poseben blazarski curek, 3C279, ki se nahaja v ozvezdju Devica in ga spremljal v številnih različnih pasovih: gama-žarki, rentgenski, optični, infrardeči in radijski. Blazarji neprestano utripajo, raziskovalci pa so pričakovali nenehne spremembe v vseh valovnih pasovih. Sredi leta pa so raziskovalci opazili spektakularno spremembo emisije optičnih in gama-žarkov curka: 20-dnevno bliskanje gama žarkov je spremljala dramatična sprememba optične svetlobe curka.
Čeprav je večina optične svetlobe nepolarizirana - sestavljena iz svetlobe z enako mešanico vseh polarizacij - lahko skrajno upogibanje energijskih delcev okoli magnetne polja polarizira svetlobo. Med 20-dnevnim žarom gama žarkov je optična svetloba iz curka spreminjala svojo polarizacijo. Ta časovna povezava med spremembami svetlobe gama žarkov in spremembami optične polarizacije kaže na to, da se svetloba v obeh pasovih valov ustvarja v istem delu curka; V teh 20 dneh se je nekaj v lokalnem okolju spremenilo, zaradi česar se spreminjata tako optična kot gama-svetloba.
"Imamo dokaj dobro predstavo o tem, kje v curku nastaja optična svetloba; Zdaj ko vemo, da gama žarki in optična svetloba ustvarjajo na istem mestu, lahko prvič ugotovimo, od kod prihajajo gama žarki, «je dejala Hayashida.
To znanje ima daljnosežne posledice, kako supermasivna črna luknja proizvaja polarne curke. Velika večina energije, ki se sprošča v curku, pobegne v obliki gama žarkov, raziskovalci pa so že prej menili, da se mora vsa ta energija sprostiti v bližini črne luknje, blizu mesta, kjer se snov, ki teče v črno luknjo, odpove energiji v Prvo mesto. Kljub temu novi rezultati kažejo, da se - tako kot optična svetloba - gama žarki oddajajo relativno daleč od črne luknje. To, Hayashida in Madejski, po drugi strani nakazujeta, da morata magnetna polja nekako pomagati, da energija potuje daleč od črne luknje, preden se sprosti v obliki gama žarkov.
"To, kar smo ugotovili, se je zelo razlikovalo od pričakovanja," je dejal Madejski. „Podatki kažejo, da gama žarki nastanejo ne en ali dva svetlobna dneva iz črne luknje [kot je bilo pričakovano], ampak bližje enem svetlobnemu letu. To je presenetljivo. "
Poleg tega, da razkrije, kje v curku nastaja, se postopna sprememba polarizacije optične svetlobe odkrije tudi nekaj nepričakovanega glede celotne oblike curka: curk se zdi, da se ukrivi, ko potuje stran od črne luknje.
"V nekem trenutku se je med izbruhom gama žarkov polarizacija vrtela za približno 180 stopinj, ko se je intenziteta svetlobe spreminjala," je dejala Hayashida. "To kaže, da se celoten curk ukrivi."
To novo razumevanje notranjega delovanja in konstrukcije blazarjevega curka zahteva nov delovni model curka, v katerem se curek močno ukrivi, najbolj energična svetloba pa izvira daleč od črne luknje. To je, je dejal Madejski, tam, kjer teoretiki prihajajo. "Naša študija predstavlja teoretikom zelo pomemben izziv: kako bi zgradili curek, ki bi lahko nosil energijo tako daleč od črne luknje? In kako smo potem to lahko zaznali? Upoštevanje linij magnetnega polja ni preprosto. Povezane izračune je težko opraviti analitično in jih je treba rešiti z izjemno zapletenimi številčnimi shemami. "
Teoretik Jonathan McKinney, univ. Univerze na Stanfordu Einstein in strokovnjak za oblikovanje magnetiziranih curkov, se strinja, da rezultati postavljajo toliko vprašanj, kolikor jih odgovorimo. "O teh letalih se že dolgo polemira - o tem, od kod natančno prihaja emisija gama žarkov. To delo omejuje možne vrste curkov, "je dejal McKinney, ki ni povezan z nedavno raziskavo. "S teoretičnega vidika sem navdušen, ker to pomeni, da moramo znova premisliti svoje modele."
Ker teoretiki menijo, kako nova opazovanja ustrezajo modelom delovanja letal, bodo Hayashida, Madejski in drugi člani raziskovalne skupine še naprej zbirali več podatkov. "Obstaja jasna potreba po takšnih opazovanjih po vseh vrstah svetlobe, da se to bolje razume," je dejal Madejski. "Za izvedbo te vrste študija je potrebnih ogromno usklajevanja, ki je vključevalo več kot 250 znanstvenikov in podatke iz približno 20 teleskopov. Ampak to se splača. "
S to in prihodnjimi več valovnimi študijami bodo teoretiki dobili nov vpogled, s katerim bodo lahko oblikovali modele, kako delujejo največji pospeševalci vesolja. Darth Vaderju ni bil omogočen dostop do teh rezultatov raziskav.
Viri: Sporočilo za javnost nacionalnega laboratorija za pospeševalnike DOE / SLAC, prispevek v številki revije Nature, 18. februar 2010.
