Международная группа исследователей разрешила давнюю загадку, связанную с далеким блазаром PKS 1424+240, что помогло объяснить, почему он производит одни из самых ярких высокоэнергетических гамма-лучей и космических нейтрино из когда-либо наблюдавшихся, несмотря на то, что его струя, по-видимому, движется относительно медленно. Результаты исследования были опубликованы 6 июня в журнале Astronomy & Astrophysics Letters.
Исследование затрагивает более широкую проблему в астрофизике: понимание того, как экстремальные космические объекты ускоряют частицы до очень высоких энергий и производят фотоны и нейтрино сверхвысоких энергий (СВЭ).
PKS 1424+240 находится на расстоянии миллиардов световых лет от Земли. Он привлекал внимание в течение многих лет, поскольку является как мощным источником гамма-лучей СВЭ, так и самым ярким известным испускающим нейтрино блазаром на небе, согласно наблюдениям Нейтринной обсерватории IceCube. Он также связан с одним из самых сильных пиков на девятилетней карте нейтринного неба IceCube.
Блазар — это тип активного галактического ядра, питаемого сверхмассивной черной дырой, которая притягивает окружающее вещество и выбрасывает струи плазмы, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света. Уникальность блазаров заключается в их ориентации. Одна из их струй направлена почти прямо на Землю, что делает их исключительно яркими во всем электромагнитном спектре и позволяет ученым изучать некоторые из самых экстремальных физических процессов во Вселенной. Ученые воскликнули, что это похоже на «Око Саурона» в глубоком космосе.
Обычно от самых ярких блазаров, испускающих гамма-лучи, ожидают, что их струи будут казаться движущимися очень быстро. Однако радиоастрономические наблюдения PKS 1424+240 показали, что его струя движется гораздо медленнее, что создало противоречие, ставшее частью давней проблемы, известной как «кризис доплеровского фактора».
Для расследования исследователи проанализировали 15 лет наблюдений, полученных с помощью Very Long Baseline Array (VLBA) — сети из 10 радиотелескопов, расположенных на территории континентальных США, Гавайев и Сент-Китса. Используя метод, называемый интерферометрией со сверхдлинной базой (VLBI), астрономы объединяют сигналы от широко разнесенных радиотелескопов для создания виртуального телескопа размером с Землю, способного выявлять чрезвычайно мелкие детали. Команда объединила 42 поляризационно-чувствительных радиолокационных изображения, собранных в период с 2009 по 2025 год, получив гораздо более глубокое и детальное представление о струе, чем это было возможно ранее.
Наблюдения проводились в рамках программы MOJAVE (Monitoring Of Jets in Active galactic nuclei with VLBA Experiments) — долгосрочного проекта, изучающего яркость, поляризацию и структуру магнитного поля струй, испускаемых активными галактиками. Проект направлен на лучшее понимание того, как активность вблизи сверхмассивных черных дыр связана с высокоэнергетическим излучением и испусканием нейтрино.
«Когда мы восстановили изображение, оно выглядело абсолютно потрясающе», — сказал Юрий Ковалев, ведущий автор исследования и главный исследователь проекта MuSES, финансируемого Европейским исследовательским советом, в Институте радиоастрономии Макса Планка. «Мы никогда не видели ничего подобного — почти идеальное тороидальное магнитное поле со струей, направленной прямо на нас».
Изображение выявило необычную геометрию. Исследователи обнаружили, что Земля расположена почти на одной линии со струей, угол обзора составляет менее 0,6 градуса. Проще говоря, астрономы смотрят почти прямо вдоль струи.
Это оказалось ключом к разгадке тайны. Поскольку струя направлена почти прямо на Землю, релятивистский эффект, называемый доплеровским уширением, резко увеличивает ее кажущуюся яркость. Исследование показало, что этот эффект усиливает излучение примерно в 30 раз, одновременно заставляя струю казаться медленнее, чем она есть на самом деле.
«Такая ориентация вызывает увеличение яркости в 30 раз и более», — сказал Джек Ливингстон, соавтор из Института радиоастрономии Макса Планка. «В то же время струя кажется медленно движущейся из-за эффектов проекции — это классическая оптическая иллюзия».
Почти лобовой вид также дал ученым редкую возможность рассмотреть магнитное поле струи. Используя поляризованные радиосигналы, они обнаружили четкую тороидальную, или в форме бублика, компоненту магнитного поля. Наблюдения показывают, что струя несет электрический ток, а ее магнитное поле помогает запускать, формировать и стабилизировать поток плазмы. Исследователи полагают, что эта магнитная структура также может играть ключевую роль в ускорении частиц до энергий, достаточных для образования как гамма-лучей, так и нейтрино.
«Разгадка этой головоломки подтверждает, что активные галактические ядра со сверхмассивными черными дырами являются не только мощными ускорителями электронов, но и протонов — источника наблюдаемых высокоэнергетических нейтрино», — сказал Ковалев.
Исследование проводилось в рамках проекта MuSES (Multi-messenger Studies of Energetic Sources), который изучает, как активные галактические ядра ускоряют частицы и генерируют различные космические сигналы, включая свет и нейтрино. Ученые утверждают, что понимание того, как ускоряются протоны и как это связано с образованием нейтрино, остается одним из главных нерешенных вопросов в астрофизике.
Полученные результаты помогают объяснить, почему некоторые блазары могут казаться имеющими медленные струи, но при этом производить чрезвычайно яркое высокоэнергетическое излучение. В более широком смысле, исследование укрепляет связь между релятивистскими струями, магнитными полями, гамма-лучами и высокоэнергетическими нейтрино. Исследователи отмечают, что результаты дают новые подсказки о том, как работают некоторые из самых мощных природных ускорителей частиц во Вселенной, и предлагают важные выводы для мультимессенджерной астрономии, которая объединяет различные типы космических сигналов для изучения экстремальных явлений в космосе.
Источник: European Research Council, EDP Sciences
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы нарушать права.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
