5 Minute
Descoperirea și enigma durabilă
PKS 1424+240 este un blazar — un nucleu galactic activ alimentat de o gaură neagră supermasivă al cărei jet relativist este orientat aproape direct spre Pământ. Descoperit cu peste cinci decenii în urmă, acest obiect îndepărtat a nedumerit mult timp astronomii: este una dintre cele mai luminoase surse de neutrini de înaltă energie și raze gamma, ceea ce sugerează jetoane extrem de rapide și energetice. Totuși, vitezele aparente măsurate ale unor structuri din jet păreau anormal de mici, creând un paradox între luminozitatea observată și cinematica jetului.
Blazarii sunt astfel clasificați când unul dintre jetoanele lor relativiste se aliniază aproape de linia noastră de vedere. Această aliniere produce o amplificare Doppler puternică, făcând jetul să pară mult mai luminos și uneori aparent superluminic — o iluzie optică cauzată de mișcarea relativistă și efectele de proiecție. Pentru PKS 1424+240, incongruența dintre emisiile gamma și neutrinii de înaltă energie și viteza aparentă a jetului a motivat o investigație pe termen lung, la rezoluție înaltă, asupra structurii magnetice a jetului.
Observații și cartografierea câmpului magnetic cu VLBA
Pentru a rezolva paradoxul, o echipă internațională condusă de Yuri Kovalev de la Institutul Max Planck pentru Radioastronomie a compilat 15 ani de observații radio de la Very Long Baseline Array (VLBA). VLBA oferă imagini la scară de milisecunde de arc ale surselor radio compacte și, esențial pentru acest studiu, date de polarizare completă care dezvăluie polarizarea emisiilor radio. Polarizarea urmărește modul în care undele electromagnetice sunt aliniate și este modelată de câmpurile magnetice din plasma emițătoare.
Prin suprapunerea și analizarea hărților de polarizare pe termen lung, echipa a reconstruit geometria câmpului magnetic din jetul interior al PKS 1424+240. Rezultatul a fost izbitor: datele de polarizare indică un câmp magnetic aproape perfect toroidal (în formă de inel) înfășurat în jurul axei jetului. „Când am reconstruit imaginea, arăta absolut uluitor”, a spus Kovalev. „Nu am mai văzut nimic asemănător — un câmp magnetic toroidal aproape perfect cu un jet îndreptat direct spre noi.” Această geometrie implică faptul că privim jetul aproape exact de-a lungul axei sale.
Descoperirea cheie și interpretarea fizică
Un câmp magnetic toroidal aliniat cu axa jetului explică contradicția aparentă. Privind direct în interiorul unui jet relativist cu un câmp magnetic înfășurat se produce o amplificare Doppler foarte puternică a luminozității, în timp ce efectele de proiecție fac ca mișcarea transversală să pară lentă. „Această aliniere duce la o creștere a luminozității de un factor de 30 sau mai mult”, a spus Jack Livingston de la Max Planck Institute for Radio Astronomy. „În același timp, jetul pare că se mișcă încet din cauza efectelor de proiecție — o iluzie optică clasică.”
Cartografierea polarizării reconciliază astfel producția de neutrini și raze gamma de înaltă energie cu mișcarea aparent lentă: sursa este puternic amplificată către noi, iar procesele interne de accelerare a particulelor rămân eficiente chiar dacă mișcările proprii măsurate sunt modeste. Kovalev a subliniat implicația astrofizică mai largă: „Rezolvarea acestei enigme confirmă că nucleele galactice active cu găuri negre supermasive nu sunt doar acceleratoare puternice de electroni, ci și de protoni — originea neutrinoilor de înaltă energie observați.” Aceasta susține modele în care jetoanele blazarilor accelerează hadroni care interacționează pentru a produce neutrini și raze gamma.
Tehnologii conexe și perspective viitoare
Interferometria radio la rezoluție înaltă și monitorizarea polarizării pe termen lung au fost esențiale pentru această descoperire. Îmbunătățirile viitoare în rețelele Very Long Baseline, monitorizarea multi-frecvență (de la radio la raze gamma) și observațiile coordonate de neutrini (IceCube și succesorii) vor rafina înțelegerea noastră privind accelerarea particulelor în jetoane. Observatoarele care oferă studii de polarizare dependente de timp pot testa dacă configurațiile magnetice toroidale sunt comune în blazarii bogați în neutrini și cum evoluează topologia magnetică în timpul flare-urilor.
Expertiză de specialitate
Dr. Elena Morales, astrofiziciană specializată în magnetohidrodinamica jetoanelor, comentează: „Acest rezultat subliniază cât de mult geometria câmpului magnetic poate schimba interpretarea fizicii jetoanelor. Cartografierea polarizării pe bază lungă adaugă o dimensiune a treia studiilor cinematice — fără ea riscăm să interpretăm greșit sursele amplificate Doppler. Campanii coordonate de observare a neutrinoilor și polarizării sunt pasul logic următor.”
Concluzie
Cincisprezece ani de date de polarizare VLBA arată că jetul PKS 1424+240 este înconjurat de un câmp magnetic toroidal și este îndreptat aproape direct spre Pământ. Această geometrie explică luminozitatea extremă a blazarului și producția de neutrini, în timp ce vitezele aparent lente ale jetului sunt rezultatul efectelor de proiecție. Rezultatul întărește legătura dintre nucleele galactice active, fizica jetoanelor relativiste și neutrinii de înaltă energie și demonstrează puterea monitorizării polarimetrice pe termen lung, la rezoluție înaltă, pentru descifrarea acceleratorilor cosmici.
Sursa: aanda
Comentarii