In un modo un po 'come la formazione di un'alleanza per sconfiggere la Morte Nera di Darth Vader, più di un decennio fa gli astronomi formarono il consorzio del Whole Earth Blazar Telescope per capire il Death Ray Gun di Nature (aka E contrariamente al suo nome dal suono alla morte, il GASP si è rivelato cruciale per svelare i segreti di come funziona "LHC" della natura.
"Essendo i più grandi acceleratori dell'universo, i getti di blazar sono importanti da capire", ha affermato il compagno di ricerca del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) Masaaki Hayashida, corrispondente autore del recente documento che presenta i nuovi risultati con l'astrofisico KIPAC Greg Madejski. “Ma come sono prodotti e come sono strutturati non è ben compreso. Stiamo ancora cercando di capire le basi. "
I blazar dominano il cielo dei raggi gamma, punti discreti sullo sfondo scuro dell'universo. Mentre la materia vicina cade nel buco nero supermassiccio al centro di un blazar, "alimentando" il buco nero, spruzza parte di questa energia nell'universo come un getto di particelle.
I ricercatori avevano precedentemente teorizzato che tali getti fossero tenuti insieme da forti viticci del campo magnetico, mentre la luce del getto veniva creata da particelle che si snodavano attorno a queste "linee" sottili di campo magnetico.
Tuttavia, fino ad ora, i dettagli sono stati relativamente poco compresi. Il recente studio sconvolge la comprensione prevalente della struttura del jet, rivelando nuove intuizioni su queste bestie misteriose ma potenti.
"Questo lavoro è un passo significativo verso la comprensione della fisica di questi getti", ha dichiarato il direttore del KIPAC Roger Blandford. "È questo tipo di osservazione che ci consentirà di capire la loro anatomia".
Nel corso di un intero anno di osservazioni, i ricercatori si sono concentrati su un particolare jet blazar, 3C279, situato nella costellazione della Vergine, monitorandolo in molte diverse bande d'onda: raggi gamma, raggi X, ottica, infrarossi e radio. I blazer sfarfallano continuamente e i ricercatori si aspettavano continui cambiamenti in tutte le bande d'onda. A metà anno, tuttavia, i ricercatori hanno osservato un cambiamento spettacolare nell'emissione ottica e dei raggi gamma del getto: un bagliore di 20 giorni nei raggi gamma era accompagnato da un drammatico cambiamento nella luce ottica del getto.
Sebbene la maggior parte della luce ottica non sia polarizzata, consistente in una luce con un mix uguale di tutte le polarizzazioni, l'estrema flessione delle particelle energetiche attorno a una linea di campo magnetico può polarizzare la luce. Durante il bagliore di raggi gamma di 20 giorni, la luce ottica del getto ha cambiato la sua polarizzazione. Questa connessione temporale tra i cambiamenti nella luce dei raggi gamma e i cambiamenti nella polarizzazione ottica suggerisce che la luce in entrambe le bande d'onda è creata nella stessa parte del getto; durante quei 20 giorni, qualcosa nell'ambiente locale è cambiato per far variare sia la luce ottica che i raggi gamma.
“Abbiamo una buona idea di dove viene creata la luce ottica a getto; ora che sappiamo che i raggi gamma e la luce ottica sono creati nello stesso posto, possiamo per la prima volta determinare da dove provengono i raggi gamma ", ha detto Hayashida.
Questa conoscenza ha implicazioni di vasta portata su come un buco nero supermassiccio produca getti polari. La grande maggioranza dell'energia rilasciata in un getto fuoriesce sotto forma di raggi gamma, e in precedenza i ricercatori pensavano che tutta questa energia dovesse essere rilasciata vicino al buco nero, vicino a dove la materia che scorre nel buco nero rinuncia alla sua energia nel primo posto. Tuttavia, i nuovi risultati suggeriscono che - come la luce ottica - i raggi gamma sono emessi relativamente lontano dal buco nero. Questo, hanno detto Hayashida e Madejski, a sua volta suggerisce che le linee del campo magnetico debbano in qualche modo aiutare l'energia a viaggiare lontano dal buco nero prima che venga rilasciato sotto forma di raggi gamma.
"Quello che abbiamo trovato era molto diverso da quello che ci aspettavamo", ha detto Madejski. “I dati suggeriscono che i raggi gamma non vengono prodotti a uno o due giorni luce dal buco nero [come previsto] ma più vicini a un anno luce. È sorprendente. "
Oltre a rivelare dove viene prodotta la luce a getto, il graduale cambiamento della polarizzazione della luce ottica rivela anche qualcosa di inaspettato sulla forma complessiva del getto: il getto sembra curvarsi mentre si allontana dal buco nero.
"Ad un certo punto durante un bagliore di raggi gamma, la polarizzazione ruotava di circa 180 gradi quando l'intensità della luce cambiava", ha detto Hayashida. "Questo suggerisce che l'intera curva del getto."
Questa nuova comprensione dei meccanismi interni e della costruzione di un jet blazar richiede un nuovo modello di funzionamento della struttura del jet, uno in cui il jet si curva in modo drammatico e la luce più energica proviene lontano dal buco nero. Questo, ha detto Madejski, è dove entrano i teorici. “Il nostro studio pone una sfida molto importante ai teorici: come costruiresti un jet che potrebbe potenzialmente trasportare energia così lontano dal buco nero? E come potremmo quindi rilevarlo? Prendere in considerazione le linee del campo magnetico non è semplice. I calcoli correlati sono difficili da eseguire analiticamente e devono essere risolti con schemi numerici estremamente complessi. "
Il teorico Jonathan McKinney, un collega di Einstein dell'Università di Stanford ed esperto nella formazione di getti magnetizzati, concorda sul fatto che i risultati pongono tutte le domande a cui rispondono. "C'è stata una controversia da molto tempo su questi getti - su esattamente da dove proviene l'emissione dei raggi gamma. Questo lavoro limita i tipi di modelli di jet possibili ", ha affermato McKinney, che non è associato al recente studio. "Dal punto di vista del teorico, sono entusiasta perché significa che dobbiamo ripensare i nostri modelli".
Mentre i teorici considerano come le nuove osservazioni si adattino ai modelli di come funzionano i getti, Hayashida, Madejski e altri membri del gruppo di ricerca continueranno a raccogliere più dati. "Esiste chiaramente la necessità di condurre tali osservazioni su tutti i tipi di luce per capirlo meglio", ha affermato Madejski. “Per realizzare questo tipo di studio è necessaria un'enorme quantità di coordinamento, che ha incluso oltre 250 scienziati e dati provenienti da circa 20 telescopi. Ma ne vale la pena. "
Con questo e futuri studi sulla lunghezza d'onda multipla, i teorici avranno nuove intuizioni con cui creare modelli di come funzionano i più grandi acceleratori dell'universo. A Darth Vader è stato negato qualsiasi accesso a questi risultati di ricerca.
Fonti: comunicato stampa del DOE / SLAC National Accelerator Laboratory, un articolo pubblicato nel numero di Nature del 18 febbraio 2010.
