Международен екип от изследователи разкри дългогодишна загадка, свързана с отдалечен блазар, известен като PKS 1424+240, като помогна да се обясни защо той генерира едни от най-ярките високоенергийни гама-лъчи и космически неутрино, наблюдавани досега, въпреки че изглежда, че има сравнително бавно движеща се струя.

Проучването разглежда по-широко предизвикателство в астрофизиката: разбирането как екстремни космически обекти ускоряват частиците до много високи енергии и произвеждат фотони и неутрино с много висока енергия (VHE).

PKS 1424+240 се намира на милиарди светлинни години от Земята. Той привлича вниманието от години, защото е едновременно мощен източник на VHE гама-лъчи и най-яркият известен блазар, излъчващ неутрино в небето, според наблюденията на неутринната обсерватория IceCube. Той също така е свързан с един от най-силните пикове в деветгодишната карта на небето на IceCube.

Блазарът е вид активно галактическо ядро, захранвано от свръхмасивна черна дупка, която привлича околната материя и изстрелва струи от плазма, движещи се с близка до светлинната скорост. Това, което прави блазарите уникални, е тяхната ориентация. Една от техните струи сочи почти директно към Земята, което ги прави изключително ярки в електромагнитния спектър и позволява на учените да изучават някои от най-екстремните физични процеси във Вселената. Учените го оприличават на „Окото на Саурон“ от романите на Дж. Р. Р. Толкин, но в Дълбокия космос.

Обикновено се очаква най-ярките блазари, излъчващи гама-лъчи, да имат струи, които изглеждат като че ли се движат много бързо. Радионаблюденията на PKS 1424+240 обаче сочеха, че струята му се движи много по-бавно, което създаде противоречие, превърнало се в част от дългогодишен проблем, известен като „кризата с доплеровия фактор“.

За да проучат това, изследователите анализираха 15 години наблюдения от Very Long Baseline Array (VLBA) – мрежа от 10 радиоантени, разпръснати из континенталната част на САЩ, Хавай и Сент Кроа. Използвайки техника, наречена Very Long Baseline Interferometry (VLBI), астрономите комбинират сигнали от широко раздалечени радиотелескопи, за да създадат виртуален телескоп с размерите на Земята, способен да разкрива изключително фини детайли. Екипът комбинира 42 радиоизображения, чувствителни към поляризацията, събрани между 2009 и 2025 г., създавайки много по-задълбочен и подробен поглед върху струята, отколкото беше възможно преди.

Наблюденията бяха проведени като част от MOJAVE (Monitoring Of Jets in Active galactic nuclei with VLBA Experiments), дългосрочна програма, която изучава яркостта, поляризацията и структурите на магнитното поле на струите, произвеждани от активни галактики. Проектът има за цел да разбере по-добре как активността в близост до свръхмасивни черни дупки е свързана с високоенергийно лъчение и емисия на неутрино.

„Когато възстановихме изображението, то изглеждаше абсолютно зашеметяващо“, заявява Юри Ковалев, водещ автор на проучването и ръководител на проекта MuSES, финансиран от Европейския съвет за научни изследвания, в института „Макс Планк“ по радиоастрономия. „Никога не сме виждали нещо подобно – почти съвършено тороидално магнитно поле със струя, насочена право към нас.“

Изображението разкри необичайна геометрия. Изследователите установиха, че Земята се намира почти точно на една линия с джета, с ъгъл на наблюдение по-малък от 0.6 градуса. С прости думи, астрономите гледат почти направо надолу по струята.

Това се оказа ключът към загадката. Тъй като джетът е насочен почти директно към Земята, един релативистичен ефект, наречен доплеров усилвател, драстично увеличава неговата видима яркост. Проучването установи, че този ефект усилва излъчването с около 30 пъти, като в същото време прави струята да изглежда по-бавна, отколкото е в действителност.

„Това подреждане води до увеличаване на яркостта с 30 или повече пъти“, казва Джак Ливингстън, съавтор от Института „Макс Планк“ за радиоастрономия. „В същото време струята изглежда, че се движи бавно поради ефектите на проекцията – класическа оптична илюзия.“

Почти фронталният ъгъл на наблюдение даде на учените и рядката възможност да разгледат магнитното поле на струята. Използвайки поляризирани радиосигнали, те откриха ясно изразена тороидална, или с форма на поничка, компонента на магнитното поле. Наблюденията сочат, че струята пренася електрически ток и че нейното магнитно поле спомага за задвижването, оформянето и стабилизирането на плазмения поток. Изследователите смятат, че тази магнитна структура може да играе ключова роля и в ускоряването на частиците до енергии, достатъчно високи, за да генерират както гама-лъчи, така и неутрино.

„Решаването на тази загадка потвърждава, че активните галактични ядра със супермасивни черни дупки са не само мощни ускорители на електрони, но и на протони – източника на наблюдаваните високоенергийни неутрино“, каза Ковалев.

Изследването беше проведено в рамките на проекта MuSES (Multi-messenger Studies of Energetic Sources), който проучва как активните галактични ядра ускоряват частиците и генерират различни космически сигнали, включително светлина и неутрино. Учените казват, че разбирането на това как протоните се ускоряват и как са свързани с производството на неутрино остава един от основните неотговорени въпроси в астрофизиката.

Снимка: Unsplash/Y.Y. Kovalev et al.

Виж още: Това необичайно сътрудничество на HP и Ferrari роди впечатляващ лаптоп на впечатляваща цена