Διάστημα

Δαχτυλίδια φωτιάς αποκαλύπτουν τα μυστικά τεράστιας μαύρης τρύπας

Δαχτυλίδια φωτιάς αποκαλύπτουν τα μυστικά τεράστιας μαύρης τρύπας

Αυτή η ανακάλυψη βοήθησε στην επίλυση του μυστηρίου της φύσης της ακτινοβολίας σε πολύ υψηλές ενέργειες .

Ομάδα αστρονόμων με επικεφαλής τον Δρ. Dmitry Blinov του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ στο Ηράκλειο  ανακάλυψαν ένα πολύπλοκο μοτίβο εκλάμψεων στην εκπομπή ακτίνων γάμμα του φλογαστέρα (blazar) 3C 279. Το μοτίβο επαναλήφθηκε τουλάχιστον τρεις φορές, αφήνοντας ταυτόχρονα την «υπογραφή» του στην οπτική πόλωση, μια ιδιότητα του φωτός που μελετάται συστηματικά από το Ινστιτούτο Αστροφυσικής και το Αστεροσκοπείο του Σκίνακα. Αυτή η ανακάλυψη βοήθησε στην επίλυση του μυστηρίου της φύσης της ακτινοβολίας σε πολύ υψηλές ενέργειες που οι επιστήμονες έχουν ανιχνεύσει από την συγκεκριμένη πηγή, και αποκάλυψε, για πρώτη φορά, την εσωτερική δομή του σχετικιστικού πίδακα που παράγει την ακτινοβολία που παρατηρούμε. Η νεα αυτή εργασία δημοσιεύεται στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Οι φλογαστέρες είναι ένας ιδιαίτερος τύπος ενεργών γαλαξιακών πυρήνων. Παρατηρούνται όταν ένας σχετικιστικός πίδακας εκτοξεύεται σχεδόν απευθείας προς την Γη.

Δρ. Dmitry Blinovο Δρ. Dmitry BlinovΟι φλογαστέρες είναι οι πιο πολυάριθμες πηγές που παρατηρούνται σε ακτίνες γάμμα – την μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με την υψηλότερη ενέργεια – αλλά ο τρόπος με τον οποίο παράγουν τις ακτίνες γάμμα που παρατηρούμε δεν είναι πλήρως κατανοητός.

Η επιστημονική ομάδα που συντονίζει ο Δρ. Blinov ανέλυσε δεδομένα από έναν από τους ενεργότερους και φωτεινότερους φλογαστέρες, τον 3C 279, που κατέγραψε από το διαστημικό παρατηρητήριο ακτίνων γάμμα Fermi της NASA. Συνέκριναν την ακτινοβολία του 3C 279 σε ακτίνες γάμμα από τα περασμένα 8 έτη με την πόλωση της ακτινοβολίας στο ορατό από την ίδια πηγή, που συλλέχθηκαν με 5 οπτικά τηλεσκόπια σε διάφορα μέρη του κόσμο. Συνήθως, οι φλογαστέρες ακτινοβολούν με φαινομενικά ακανόνιστο, σχεδόν τυχαίο, τρόπο σε ακτίνες γάμμα. Στην περίπτωση του 3C 279 βρέθηκε ότι η χρονοσειρά εκπομπής ακτίνων γάμμα επαναλαμβάνει το ίδιο μοτίβο που αποτελείται από πολλαπλές εκλάμψεις κατά χρονικά διαστήματα στα οποία οι πόλωση του φωτός στο ορατό επίσης μεταβάλλεται με συντεταγμένο τρόπο. Τρία τέτοια επαναλαμβανόμενα μοτίβα έχουν αναγνωριστεί με σιγουριά.

 

Ο Δρ. Dmitry Blinov εξηγεί: «Ψάξαμε για αυτήν τη συμπεριφορά, επειδή είχε προβλεφθεί από θεωρητικά μοντέλα που έχουν αναπτυχθεί για να εξηγήσουν πώς δημιουργούνται τα επεισόδια συντεταγμένης μεταβολής της οπτικής πόλωσης σε φλογαστέρες»

Η πιθανότητα να είναι η επανάληψη του μοτίβου που παρατηρήθηκε στις ακτίνες γάμμα και στα οπτικά μήκη κύματος απλώς συμπτωματική είναι εξαιρετικά μικρή. Επομένως, οι ερευνητές συμπεραίνουν ότι πρέπει να παράγονται με τον ίδιο φυσικό μηχανισμό στον πίδακα του φλογαστέρα. Ο καλύτερος υποψήφιος για έναν τέτοιο μηχανισμό είναι η διάδοση μιας ποσότητας πλάσματος μέσω μιας γρήγορης σπονδυλικής στήλης του πίδακα που περιβάλλεται από ένα ψυχρότερο και πιο αργό περίβλημα όπως έχει προταθεί από τους Marscher et al. σε προηγούμενη μελέτη.

“Οι εκλάμψεις του περιβλήματος του πίδακα έχουν τη δυνατότητα να δημιουργήσουν «δαχτυλίδια φωτιάς» μέσα από τα οποία διέρχονται σχετικιστικά ηλεκτρόνια στη σπονδυλική στήλη του πίδακα καθώς ταξίδεύουν κατά μήκος της. Αυτή η« κοσμική σύγκρουση» σχετικιστικών ηλεκτρονίων και φωτονίων μπορεί να παράγει λαμπρές εκρήξεις ακτίνων γάμμα” διευκρίνισε ο συν-συγγραφέας Nicholas MacDonald από το Ινστιτούτο Max Planck Ραδιοαστρονομίας στη Βόννη της Γερμανίας

Αυτή η νέα μελέτη προσφέρει μια εξήγηση για την παραγωγή επεισοδίων συντεταγμένης μεταβολής της πόλωσης – στρέψης δηλαδή του επιπέδου οπτικής πόλωσης – που παρατηρούνται σε φλογαστέρες και τα οποία αποτελούν μυστήριο για τους αστρονόμους για μια δεκαετία τώρα, και συνδέει αναμφισβήτητα εκλάμψεις ακτίνων γάμμα με τέτοια επεισόδια.

Βίντεο που απεικονίζει το επαναλαμβανόμενο μοτίβο των ακτίνων γάμμα και το προτεινόμενο σενάριο που το εξηγεί. Το πρώτο μέρος δείχνει μια μεγάλη περιοχή του ουρανού σε ακτίνες γάμμα, όπως φαίνεται από το παρατηρητήριο Fermi-LAT. Οι περισσότεροι από τους εκπομπούς φωτονίων ακτίνων γάμμα μακριά από το γαλαξιακό επίπεδο είναι φλογαστέρες. Μερικά από αυτά μαζί με το 3C279 επισημαίνονται πάνω στις χρονοσειρές. Στη συνέχεια, το βίντεο δείχνει μια καλλιτεχνική απεικόνιση της εσωτερικής δομής του πίδακα στον 3C 279. Η λογαριθμική κλίμακα μήκους χρησιμοποιείται για την επίδειξη διαφορετικών συστατικών του πίδακα. Ένα ελικοειδές μαγνητικό πεδίο που διαπερνά τη σπονδυλική στήλη ταχείας εκτόξευσης περιβάλλεται από ένα σύνολο σχεδόν στατικών δακτυλίων ψυχρότερου πλάσματος μέσα στο περίβλημα του πίδακα. Τρεις μπάλες πλάσματος με διαφορετικές ταχύτητες διαδίδονται μέσω της γρήγορης σπονδυλικής στήλης και διέρχονται από τα δαχτυλίδια που παρέχουν φωτόνια που σκεδάζονται από τα ηλεκτρόνια του πλάσματος σε ακτίνες γάμμα. Ο ήχος που συνοδεύει τη διέλευση του πλάσματος από τα δαχτυλίδια παράγεται χρησιμοποιώντας τα ίδια μέρη της χρονοσειράς ακτίνων γάμμα με το Sonify (από τον Erin L. Braswell). Δεδομένου ότι κάθε μπάλα πλάσματος διαδίδονται με διαφορετική ταχύτητα, το μοτίβο των εκλάμψεων παρατηρείται με διαφορετική διάρκεια από τον παρατηρητή. Το τελευταίο μέρος του βίντεο δείχνει πώς μετά από τέντωμα/συμπίεση της διάρκειάς τους, η δεύτερης και η τρίτη έκλαμψη ταιριάζουν απόλυτα με την πρώτη.
Credit: SokolMedia & Dmitry Blinov
Licence type: Attribution (CC BY 4.0)