Dengan cara seperti pembentukan pakatan untuk mengalahkan Darth Vader Death Star, lebih dari satu dekad yang lalu para astronom membentuk konsorsium Teleskop Seluruh Bumi Blazar untuk memahami Gunting Ray Death Alam (aka Dan bertentangan dengan nama terdengar di pintu kematiannya, GASP telah terbukti penting untuk membongkar rahsia bagaimana "LHC" Alam berfungsi.
"Sebagai pemecut terbesar di alam semesta, jet blazar penting untuk difahami," kata Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) Research Fellow Masaaki Hayashida, pengarang yang sesuai pada makalah baru-baru ini yang membentangkan hasil baru dengan Astrophysicist KIPAC, Greg Madejski. "Tetapi bagaimana mereka dihasilkan dan bagaimana mereka disusun tidak difahami dengan baik. Kami masih ingin memahami asasnya. "
Blazar menguasai langit sinar gamma, bintik-bintik diskrit di latar belakang alam semesta yang gelap. Oleh kerana bahan berdekatan jatuh ke lubang hitam supermasif di tengah-tengah blazar, "memberi makan" lubang hitam, ia menyemburkan sebahagian tenaga ini kembali ke alam semesta sebagai jet zarah.
Para penyelidik sebelumnya berteori bahawa jet semacam itu disatukan oleh tendril medan magnet yang kuat, sementara cahaya jet diciptakan oleh zarah-zarah yang berputar di sekitar "garis" medan magnet tipis.
Namun, sehingga kini, perinciannya kurang difahami. Kajian baru-baru ini mengesahkan pemahaman yang sedia ada mengenai struktur jet, mengungkapkan wawasan baru mengenai binatang misteri namun hebat ini.
"Karya ini adalah langkah penting untuk memahami fizik jet ini," kata Pengarah KIPAC, Roger Blandford. "Jenis pemerhatian inilah yang memungkinkan kita mengetahui anatomi mereka."
Selama satu tahun penuh pemerhatian, para penyelidik memfokuskan pada satu jet blazar tertentu, 3C279, yang terletak di buruj Virgo, memantau di banyak gelombang gelombang yang berbeza: sinar gamma, sinar-X, optik, inframerah dan radio. Blazar berkedip secara berterusan, dan para penyelidik menjangkakan perubahan berterusan pada semua gelombang gelombang. Walau bagaimanapun, pada pertengahan tahun ini, para penyelidik melihat perubahan spektakuler dalam pancaran optik dan sinar gamma jet: suar 20 hari dalam sinar gamma disertai dengan perubahan dramatik dalam cahaya optik jet.
Walaupun kebanyakan cahaya optik tidak terpolarisasi - terdiri daripada cahaya dengan campuran semua polarisasi yang sama - lenturan zarah bertenaga yang melampau di sekitar garis medan magnet dapat memolarisasi cahaya. Semasa suar sinar gamma selama 20 hari, cahaya optik dari jet mengubah polarisasi. Hubungan temporal antara perubahan cahaya sinar gamma dan perubahan polarisasi optik menunjukkan bahawa cahaya di kedua jalur gelombang diciptakan di bahagian jet yang sama; selama 20 hari itu, sesuatu di persekitaran setempat berubah menyebabkan cahaya sinar optik dan sinar gamma berubah.
"Kami mempunyai idea yang cukup baik di mana cahaya optik jet dibuat; sekarang kita tahu sinar gamma dan cahaya optik diciptakan di tempat yang sama, kita buat pertama kalinya dapat menentukan dari mana datangnya sinar gamma, ”kata Hayashida.
Pengetahuan ini mempunyai implikasi luas mengenai bagaimana lubang hitam supermasif menghasilkan jet kutub. Sebilangan besar tenaga yang dibebaskan dalam jet melarikan diri dalam bentuk sinar gamma, dan para penyelidik sebelum ini berpendapat bahawa semua tenaga ini mesti dilepaskan berhampiran lubang hitam, dekat dengan tempat perkara yang mengalir ke lubang hitam melepaskan tenaganya di tempat pertama. Namun hasil baru menunjukkan bahawa - seperti cahaya optik - sinar gamma dipancarkan agak jauh dari lubang hitam. Ini, Hayashida dan Madejski mengatakan, pada gilirannya menunjukkan bahawa garis medan magnet entah bagaimana mesti membantu tenaga bergerak jauh dari lubang hitam sebelum dilepaskan dalam bentuk sinar gamma.
"Apa yang kami dapati sangat berbeza dari yang kami harapkan," kata Madejski. "Data menunjukkan bahawa sinar gamma dihasilkan tidak satu atau dua hari cahaya dari lubang hitam [seperti yang diharapkan] tetapi lebih dekat dengan satu tahun cahaya. Itu mengejutkan. "
Selain mengungkapkan di mana cahaya jet dihasilkan, perubahan bertahap polarisasi cahaya optik juga mengungkapkan sesuatu yang tidak dijangka mengenai bentuk keseluruhan jet: jet itu kelihatan melengkung ketika menjauh dari lubang hitam.
"Pada satu titik ketika suar sinar gamma, polarisasi berputar sekitar 180 derajat ketika intensitas cahaya berubah," kata Hayashida. "Ini menunjukkan bahawa keseluruhan lengkung jet."
Pemahaman baru mengenai cara kerja dalaman dan pembinaan jet blazar memerlukan model kerja baru struktur jet, yang mana jet melengkung secara dramatik dan cahaya yang paling bertenaga berasal jauh dari lubang hitam. Ini, kata Madejski, adalah tempat para ahli teori masuk. "Kajian kami menimbulkan cabaran yang sangat penting bagi ahli teori: bagaimana anda akan membina jet yang berpotensi membawa tenaga sejauh ini dari lubang hitam? Dan bagaimana kita dapat mengesannya? Mengambil garis medan magnet tidaklah mudah. Pengiraan yang berkaitan sukar dilakukan secara analitis, dan mesti diselesaikan dengan skema berangka yang sangat kompleks. "
Ahli teori Jonathan McKinney, seorang Universiti Stanford Einstein Fellow dan pakar dalam pembentukan jet magnet, bersetuju bahawa hasilnya menimbulkan banyak soalan yang mereka jawab. "Terdapat kontroversi lama mengenai jet ini - tepat dari mana asalnya pancaran sinar gamma. Kerja ini membatasi jenis model jet yang mungkin, ”kata McKinney, yang tidak berkaitan dengan kajian baru-baru ini. "Dari sudut pandang ahli teori, saya gembira kerana ini bermaksud kita perlu memikirkan semula model kita."
Oleh kerana ahli teori mempertimbangkan bagaimana pemerhatian baru sesuai dengan model bagaimana jet berfungsi, Hayashida, Madejski dan anggota pasukan penyelidikan lain akan terus mengumpulkan lebih banyak data. "Terdapat keperluan yang jelas untuk melakukan pemerhatian di semua jenis cahaya untuk memahami perkara ini dengan lebih baik," kata Madejski. "Ini memerlukan sejumlah besar koordinasi untuk menyelesaikan jenis penelitian ini, yang meliputi lebih dari 250 saintis dan data dari sekitar 20 teleskop. Tetapi ia berbaloi. "
Dengan ini dan kajian panjang gelombang multi-masa depan, ahli teori akan mempunyai wawasan baru untuk membuat model bagaimana pemecut terbesar alam semesta berfungsi. Darth Vader telah dilarang untuk mengakses hasil penyelidikan ini.
Sumber: Siaran Akhbar Laboratorium Pemecut Nasional DOE / SLAC, sebuah makalah dalam edisi Alam 18 Februari 2010.
