5 دقیقه
کشف و معمایی که پایدار مانده است
PKS 1424+240 یک بلِیزار است—هسته‌ای کهکشانی فعال که توسط یک سیاه‌چاله اَبَرپرجرم تغذیه میشود و جت نسبیتی آن تقریباً مستقیماً به سمت زمین نشانه‌گیری شده است. این کهکشان دوردست که بیش از پنج دهه پیش کشف شد، مدت‌ها اخترفیزیکدانان را به فکر فرو برده است: از منابع درخشندهٔ نوترینوها و پرتوهای گاما با انرژی بسیار بالاست که نشان‌دهنده جت‌هایی فوق‌العاده سریع و پرانرژی است. با این‌حال سرعت ظاهری ویژگی‌ها در جت، با مقادیر غیرمنتظره‌ای کند مشاهده شده بود که تضادی میان درخشندگی مشاهده‌شده و کینماتیک جت ایجاد میکرد.
بلِیزارها زمانی به این نام خوانده میشوند که یکی از جتهای نسبیتی‌شان تقریباً منطبق بر خط دید ما قرار گیرد. این هم‌راستایی باعث تقویت شدید داپلری میشود و جت را بسیار درخشان‌تر نشان میدهد و گاهی حرکت ظاهری ماورای نور (ابَرنوری) را القا میکند—توهمی نوری که از حرکت نسبیتی و اثرات پروجکشن سرچشمه می‌گیرد. در مورد PKS 1424+240، عدم سازگاری میان انتشار پرتوهای گاما و نوترینو و سرعت ظاهری جت، گروهی از محققان را برانگیخت تا ساختار میدان مغناطیسی جت را در بازه‌ای بلندمدت و با وضوح بالا بررسی کنند.
مشاهدات و نگاشت میدان مغناطیسی با VLBA
برای باز کردن گرهٔ این معما، یک تیم بین‌المللی به سرپرستی یوری کووالف از مؤسسهٔ مکس پلانک برای رادیو اخترشناسی، پانزده سال دادهٔ رادیویی از آرایهٔ پایهٔ بسیار بلند (VLBA) را گردآوری کرد. VLBA تصاویر با مقیاس میلی‌ثانیهٔ قوسی از منابع رادیویی فشرده فراهم میکند و نکتهٔ حیاتی برای این مطالعه، داده‌های قطبش کامل بود که چگونگی قطبیده شدن تابش رادیویی را آشکار می‌سازد. قطبش نشان‌دهندهٔ جهت‌گیری امواج الکترومغناطیسی است و تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی در پلاسما قرار می‌گیرد.
با انباشتن و تحلیل نگاشت‌های قطبش در طولانی‌مدت، تیم هندسهٔ میدان مغناطیسی بخش درونی جت PKS 1424+240 را بازسازی کرد. نتیجه چشمگیر بود: داده‌های قطبش یک میدان مغناطیسی تقریباً ایده‌آلِ توروی (حلقه‌ای) را نشان دادند که دور محور جت پیچیده شده است. «وقتی تصویر را بازسازی کردیم، نمایی خیره‌کننده پدیدار شد،» کووالف گفت. «چیزی شبیه به آن تاکنون ندیده‌ایم — یک میدان مغناطیسی توروی تقریباً کامل همراه با جتی که مستقیم به سمت ما نشانه گرفته است.» این هندسه نشان میدهد که ما تقریباً دقیقاً از بالای لولهٔ جت به آن نگاه می‌کنیم.
یافتهٔ کلیدی و تفسیر فیزیکی
میدان مغناطیسی توروی هم‌راستا با محور جت، تضاد ظاهری را توضیح میدهد. نگاه کردن دقیقاً در امتداد یک جت نسبیتی که میدان مغناطیسی حول آن پیچیده شده، باعث تقویت بسیار قویِ روشنایی به‌واسطهٔ اثر داپلری میشود، در حالی‌که اثرات پروجکشن حرکتهای عرضی را کند نشان میدهد. «این هم‌راستایی باعث افزایش روشنایی تا حدود ۳۰ برابر یا بیشتر میشود،» جک لیوینگستون از مؤسسهٔ مکس پلانک برای رادیو اخترشناسی گفت. «در عین حال، جت به‌دلیل اثرات پروجکشن کند به‌نظر می‌رسد—یک توهم نوریِ کلاسیک.»
بنابراین نگاشت قطبش، تولید نوترینوها و پرتوهای گاما با حرکت ظاهراً کند جت را آشتی میدهد: منبع به‌شدت به سمت ما تقویت شده است و فرآیندهای شتابدهی ذرات داخلی حتی زمانی که حرکات ظاهری اندازه‌گیری‌شده نسبتاً کوچک‌اند، همچنان کارا باقی می‌مانند. کووالف بر پیامد اخترفیزیکی گسترده‌تر تأکید کرد: «حل این معما تأیید میکند که هستههای کهکشانی فعالِ میزبان سیاه‌چاله‌های اَبَرپرجرم، تنها شتاب‌دهندهٔ الکترون‌ها نیستند، بلکه پروتونها را هم شتاب میدهند—که منشأ نوترینوهای پرانرژی مشاهده‌شده است.» این یافته از مدلهایی پشتیبانی میکند که در آنها جت بلِیزارها هادرونها را شتاب میدهند و این هادرونها از طریق برهم‌کنش‌هایی نوترینو و پرتوهای گاما تولید می‌کنند.
فناوری‌های مرتبط و چشم‌انداز آتی
تداخل‌سنجی رادیویی با وضوح بالا و پایش طولانی‌مدت قطبش برای این کشف ضروری بودند. بهبودهای آینده در شبکههای VLBI، پایش چندطولیموجی (از رادیو تا گاما) و هماهنگی در رصدهای نوترینویی (آیس‌کیوب و جانشینان آن) فهم ما را از شتابدهی ذرات در جت‌ها دقیق‌تر خواهد کرد. رصدخانه‌هایی که مطالعات قطبش زمانتفکیکشده ارائه دهند، میتوانند آزمون کنند آیا پیکربندی‌های میدان توروی در بلِیزارهای روشن‌درنوترینو رایج‌اند و چگونه توپولوژی مغناطیسی در طول فورانها تغییر میکند.
دیدگاه یک کارشناس
دکتر النا مورالز، اخترفیزیکدانی که در مگنتوهیدرودینامیک جت‌ها تخصص دارد، اظهار داشت: «این نتیجه نشان میدهد که هندسهٔ میدان مغناطیسی چگونه می‌تواند تفسیر ما از فیزیک جت را به‌طور چشمگیری دگرگون کند. نگاشت قطبش با بازهٔ طولانی بعد سومی را به مطالعات کینماتیک می‌افزاید—بدون آن خطر داریم منابعی را که توسط داپلر تقویت شده‌اند، نادرست تفسیر کنیم. کارزارهای هماهنگ رصد نوترینو و قطبش گام منطقی بعدی هستند.»
جمع‌بندی
پانزده سال دادهٔ قطبشی VLBA نشان میدهد که جت PKS 1424+240 توسط یک میدان مغناطیسی توروی احاطه شده و تقریباً دقیقاً به سمت زمین نشانه گرفته است. این هندسه، روشنایی فوق‌العادهٔ بلِیزار و تولید نوترینوها را توضیح میدهد و در عین حال سرعت ظاهری فریبندهٔ کند جت را به‌عنوان اثرات پروجکشن تبیین میکند. این نتیجه پیوند میان هستههای کهکشانی فعال، فیزیک جتهای نسبیتی و نوترینوهای پرانرژی را تقویت میکند و قدرت پایش قطبشی بلندمدت و با وضوح بالا را در کشف شتاب‌دهنده‌های کیهانی نشان میدهد.
منبع: aanda
.avif)
نظرات