4 Minutės
PKS 1424+240 yra blazaras — aktyvus galaktikos branduolys, kurio supermasyvus juodasis skylė generuoja reliatyvistinį džetą, nukreiptą beveik tiesiai į Žemę. Atrastas prieš daugiau nei penkiasdešimt metų, šis tolimas objektas ilgą laiką glumino astronomus: jis yra tarp ryškiausių aukštos energijos neutrinų ir gama spindulių šaltinių, kas rodo itin greitus ir energingus džetus. Tačiau išmatuoti matomi judesiai džeto struktūrose atrodė neįprastai lėti, todėl kilo prieštaravimas tarp didelio švytėjimo ir džeto kinematikos.
Blazarai taip klasifikuojami, kai vienas jų reliatyvistinių džetų beveik sutampa su mūsų stebėjimo kryptimi. Toks sulyginimas sukelia stiprų Dopplerio sustiprinimą, dėl kurio džetas atrodo daug ryškesnis ir kartais — dėl projekcinių efektų — regimai superluminalus. PKS 1424+240 atveju neatitikimas tarp gama spindulių ir neutrinų emisijos bei matomo džeto greičio paskatino ilgalaikį, aukštos skiriamosios gebos tyrimą, nukreiptą į magnetinio lauko struktūros tyrimą.
Tarptautinė mokslininkų grupė, vadovaujama Jurijaus Kovalevo iš Max Planck radijo astronomijos instituto, surinko 15 metų VLBA (Very Long Baseline Array) radijo stebėjimų, kad išspręstų šį paradoksą. VLBA suteikia milisekundės kampo skalės vaizdus kompaktiškiems radijo šaltiniams ir, kas buvo lemiama šiam tyrimui, pilnos poliarizacijos duomenis, atskleidžiančius radiacijos poliarizaciją. Poliarizacija parodo, kaip elektromagnetiniai laukai yra išlyginti ir kaip šią išlyginimą formuoja magnetiniai laukai spinduliuojančiame plazmoje.
Sujungus ir analizuojant ilgalaikes poliarizacijos žemėlapių serijas, tyrėjai atkūrė PKS 1424+240 vidinio džeto magnetinio lauko geometriją. Rezultatas buvo įspūdingas: poliarizacijos duomenys rodo beveik tobulą toridinį (žiedinį) magnetinį lauką, apgaubiantį džeto ašį. „Atkūrus vaizdą, jis tiesiog stulbino“, — sakė Kovalev. „Niekada nesame matę tokio beveik tobulo toridinio lauko su džetu, nukreiptu tiesiai į mus.“ Toks išsidėstymas rodo, kad džetą stebime beveik tiksliai iš priekio.
Toroidinis magnetinis laukas, suderintas su džeto ašimi, paaiškina anksčiau pastebėtą prieštaravimą. Stebėjimas tiesiogiai žemyn per įvyniotą magnetinį lauką sukuria labai stiprų Dopplerio sustiprinimą ryškumui, o projekciniai efektai verčia skersinį judėjimą atrodyti lėtą. „Toks sulyginimas gali padidinti ryškumą 30 kartų ar daugiau“, — paaiškino Jackas Livingstonas iš Max Planck instituto. „Tuo pačiu metu džetas matosi lėtas dėl projekcijos — klasikinė optinė iliuzija.“
Poliarizacijos žemėlapis taip suderina aukštos energijos neutrinų ir gama spindulių produkciją su lėtu matomu judesiu: šaltinis yra stipriai sustiprintas mūsų kryptimi, o vidiniai dalelių pagreitėjimo procesai išlieka efektyvūs net jei matomi proper gražiai riboti. Kovalev pabrėžė platesnę astrofizikinę reikšmę: tai patvirtina, kad aktyvūs galaktikos branduoliai su supermasyviomis juodosiomis skylėmis gali būti ne tik elektrono, bet ir protonų pagreitintojai — protonų sąveikos gali lemti stebimus aukštos energijos neutrinus. Tokie duomenys palaiko modelius, kuriuose blazaro džetai pagreitina hadronus, o jų sąveikos gamina neutrinus ir gama spindulius.
Aukštos skiriamosios gebos radijo interferometrija ir ilgalaikis poliarizacijos monitoravimas buvo esminiai šiai atradimui. Tolimesni patobulinimai labai ilgų bazinių tinkluose, daugiabangės stebėsenos kampanijos (nuo radijo iki gama spindulių) ir koordinuotos neutrininės stebėsenos (IceCube ir jo įpėdiniai) leis tiksliau suprasti dalelių pagreitėjimą džetuose. Observatorijos, galinčios pateikti laike atskirtas poliarizacijos studijas, galės patikrinti, ar toridinės magnetinės konfigūracijos yra įprastos neutrinuose ryškiems blazarams ir kaip magnetinė topologija keičiasi žybsnių metu.
Dr. Elena Morales, astrofizikė, tirianti džetų magnetohidrodinamiką, komentuoja: „Šis rezultatas parodo, kaip magnetinio lauko geometrija gali kardinaliai pakeisti mūsų supratimą apie džetų fiziką. Ilgas atstumas ir poliarizacijos žemėlapių derinimas prideda trečią matmenį kinematinėms studijoms — be jo rizikuojame klaidingai interpretuoti Dopplerio sustiprintus šaltinius. Koordinuotos neutrininės ir poliarizacijos kampanijos yra kitas logiškas žingsnis.“
Išvada: penkiolikos metų VLBA poliarizacijos duomenys atskleidžia, kad PKS 1424+240 džetas yra apgaubtas toridinio magnetinio lauko ir nukreiptas beveik tiesiai į Žemę. Toks geometrijos nustatymas paaiškina blazaro ekstremalų ryškumą ir neutrinų emisiją bei pateisina apgaulingai lėtą matomą džeto greitį kaip projekcijos efektą. Šis rezultatas stiprina ryšį tarp aktyvių galaktikos branduolių, reliatyvistinių džetų fizikos ir aukštos energijos neutrinų bei demonstruoja ilgalaikės, aukštos skiriamosios gebos poliarimetrinės stebėsenos galią sprendžiant kosminių pagreitintojų paslaptis.
Šaltinis: aanda
Komentarai