4 Minuten
Atranka ir ilgalaikė mįslė
PKS 1424+240 yra blazaras — aktyvus galaktikos branduolys, varomas supermasyvio juodojo grifo, kurio reliatyvistinis džetas yra beveik tiesiogiai nukreiptas į Žemę. Atrastas prieš daugiau nei penkias dešimtis metų, šis tolimas objektas ilgą laiką glumino astronomus: jis yra vienas ryškiausių aukštos energijos neutrino ir gama spindulių šaltinių, kas rodo itin greitus bei energetiškus džetus. Tačiau matuoti regimieji greičiai džeto struktūrose atrodė anomalūs ir labai lėti, sukeldami prieštarą tarp stebimo ryškumo ir džeto kinematikos.
Blazarais vadinami tie aktyvūs branduoliai, kurių vienas reliatyvistinis džetas yra artimai suderintas su mūsų stebėjimo kryptimi. Toks suderinimas sukelia stiprų Doplerio stiprinimą, dėl kurio džetas atrodo žymiai ryškesnis ir, kartais, regimai superliuksalinis — optinė iliuzija, atsirandanti dėl reliatyvistinės judėjimo ir projekcijos efektų. PKS 1424+240 atveju nesuderinamumas tarp gama spindulių bei neutrino emisijos ir regimojo džeto greičio paskatino ilgalaikį, itin aukštos raiškos tyrimą, nukreiptą į džeto magnetinę struktūrą.
Stebėjimai ir magnetinio lauko žemėlapiai su VLBA
Norėdami išspręsti paradoksą, tarptautinė grupė, vadovaujama Yuri Kovalevo iš Max Planck instituto radijo astronomijai, sujungė 15 metų radijo stebėjimų duomenis iš Very Long Baseline Array (VLBA). VLBA suteikia miliarcsekundės raiškos vaizdus kompaktiškiems radijo šaltiniams ir, kas šiam tyrimui ypač svarbu, pilnos poliarizacijos duomenis, atskleidžiančius radijo spinduliuotės poliarizaciją. Poliarizacija atspindi, kaip elektromagnetiniai bangų laukai yra išsidėstę, ir yra formuojama magnetinių laukų spinduliuojančiame plazmos sluoksnyje.
Surišę ir analizavę ilgalaikius poliarizacijos žemėlapius, komanda rekonstruodama atstatė PKS 1424+240 vidinio džeto magnetinę geometriją. Rezultatas buvo įspūdingas: poliarizacijos duomenys nurodo beveik tobulo toroidinio (žiedinio) magnetinio lauko buvimą, apgaubiantį džeto ašį. „Kai atstatėme vaizdą, jis atrodė stulbinamai,“ sakė Kovalev. „Tokio beveik idealaus toroidinio magnetinio lauko su džetu, nukreiptu tiesiai į mus, dar nematėme.“ Tai reiškia, kad mes praktiškai žiūrime į džetą iš jo centro linijos.
Esminis atradimas ir fizinė interpretacija
Toroidinis magnetinis laukas, suderintas su džeto ašimi, paaiškina regimą prieštarą. Žiūrint tiesiai į reliatyvistinį džetą, apvyniotą tokio tipo magnetiniu lauku, atsiranda labai stiprus Doplerio stiprinimas, o projekciniai efektai verčia skersinį judesį atrodyti lėtą. „Šis suderinimas padidina ryškumą kartų 30 ar daugiau,“ sakė Jack Livingston iš Max Planck instituto radijo astronomijai. „Tuo pat metu džetas regimai juda lėtai dėl projekcinių efektų — klasikinė optinė iliuzija."
Todėl poliarizacijos žemėlapis suderina aukštos energijos neutrino ir gama spindulių gamybą su lėta regimąja judesio sparta: šaltinis stipriai nukreiptas į mus, o vidiniai dalelių pagreitinimo procesai išlieka efektyvūs net tada, kai matomi proper judesiai yra kuklūs. Kovalev pabrėžė platesnę astrofizikinę reikšmę: „Šios mįslės išsprendimas patvirtina, kad aktyvūs galaktikos branduoliai su supermasyviais juodaisiais grifais ne tik stipriai greitina elektronus, bet ir protonus — tai paaiškina stebimus aukštos energijos neutrino signalus.“ Tai palaiko modelius, kuriuose blazarų džetai pagreitina hadronus, kurie tarpusavyje sąveikauja ir gamina neutrinus bei gama spindulius.
Susijusios technologijos ir ateities perspektyvos
Aukštos raiškos radijo interferometrija ir ilgalaikis poliarizacijos monitoravimas buvo esminiai šiam atradimui. Ateities patobulinimai labai ilgų pagrindų (very long baseline) tinkluose, daugiaeuripsiškas monitoravimas (nuo radijo iki gama spindulių) ir koordinuoti neutrino stebėjimai (IceCube ir būsimi instrumentai) leis tikslinti mūsų supratimą apie dalelių pagreitinimą džetuose. Observatorijos, galinčios atlikti laiko rezoliucijos poliarizacijos tyrimus, galės patikrinti, ar toroidinės magnetinės konfigūracijos yra dažnos neutrino-ryškiose blazaruose ir kaip magnetinė topologija keičiasi per ruožus bei protrūkius.
Ekspertės pastebėjimas
Dr. Elena Morales, astrofizikė, specializuojanti džetų magnetohidrodinamikoje, komentuoja: „Šis rezultatas pabrėžia, kaip magnetinio lauko geometrija gali kardinaliai pakeisti mūsų interpretaciją apie džetų fiziką. Ilgo pagrindo poliarizacijos žemėlapiai prideda trečią dimensiją prie kinematikos tyrimų — be jų rizikuojame neteisingai suprasti Doplerio stiprintus šaltinius. Koordinuoti neutrino ir poliarizacijos stebėjimų kampanijos yra natūralus kitas žingsnis."
Išvados
Penkiolikos metų VLBA poliarizacijos duomenys atskleidžia, kad PKS 1424+240 džetas yra apsuptas toroidinio magnetinio lauko ir nukreiptas beveik tiesiai į Žemę. Tokia geometrija paaiškina blazaro ekstremalų ryškumą ir neutrino gamybą, tuo pačiu paaiškindama apgaulingai lėtus regimus džeto greičius kaip projekcijos efektus. Šis rezultatas sustiprina ryšį tarp aktyvių galaktikos branduolių, reliatyvistinės džetų fizikos ir aukštos energijos neutrinų bei parodo ilgalaikio, aukštos raiškos poliarimetrinio stebėjimo galią sprendžiant kosmoso greitintuvų mįsles.
Quelle: aanda
Kommentare