Відкриття тороїдальної магнітної структури у струмені блазара PKS 1424+240 дало нове пояснення механізмам прискорення частинок до екстремальних енергій.
Магнітне поле як прискорювач частинок
Спостереження за допомогою Дуже Довгого Базового Масиву (VLBA) дозволили вперше зобразити структуру струменя з безпрецедентною точністю. У центрі зафіксовано тороїдальне магнітне поле, яке формує плазмовий потік і діє як колімаційна система. Воно спрямовує заряджені частинки в одному напрямку, прискорюючи їх до близькосвітлових швидкостей. “Ми ніколи не бачили нічого подібного – майже ідеальне тороїдальне магнітне поле зі струменем, спрямованим прямо на нас”, – зазначив Юрій Ковальов.
Таке вирівнювання сприяє підсиленню випромінювання за рахунок релятивістських ефектів, хоча сам струмінь здається повільним. Це пояснюється проекційними викривленнями – явищем, коли напрям руху об’єкта створює оптичну ілюзію низької швидкості. “У той же час здається, що струмінь рухається повільно через проекційні ефекти – класична оптична ілюзія”, – додає Джек Лівінгстон. У результаті джерело виглядає яскравішим і активнішим, ніж є насправді.
MOJAVE і десятиріччя спостережень
Ключову роль у спостереженнях відіграла програма MOJAVE – довгостроковий проєкт моніторингу струменів активних галактик на VLBA. Вона дозволила отримати повноцінні поляризаційні зображення з роздільною здатністю кращою за одну мілісекунду. Це еквівалентно здатності побачити фари автомобіля з відстані до Місяця. Завдяки таким спостереженням стало можливим вивчати магнітні поля поблизу місця утворення струменя в ядрі галактики.
За словами Антона Зенсенса, “коли ми починали роботу над MOJAVE, ідея про те, що одного дня вдасться безпосередньо зв’язати віддалені струмені чорних дір з космічними нейтрино, здавалася нам науковою фантастикою. Сьогодні наші спостереження роблять її реальністю”. Це стало можливо завдяки високій роздільній здатності VLBI та систематичному підходу до збору даних.
Дослідники підкреслюють, що зафіксоване зображення не лише естетично вражає, але й підтверджує важливу фізичну реальність. Магнітні поля виявилися не другорядним чинником, а головним рушієм прискорення частинок. Саме вони створюють умови для викидів високоенергетичних фотонів і нейтрино.
“Око Саурона” – вражаюче зображення плазмового струменя у блазарі PKS 1424+240, якщо дивитися на нього впритул. Струмінь пронизаний майже ідеальним тороїдальним магнітним полем (візуалізовано помаранчевим кольором). Завдяки спеціальній теорії відносності високоенергетичні гамма-промені і нейтрино сильно спрямовуються в бік Землі, хоча з нашої перспективи струмінь здається повільним. Фото: Ю.Ю. Ковальов та ін.
Космічне джерело нейтрино
Блазар PKS 1424+240 вважається одним із найяскравіших відомих джерел нейтрино високих енергій. Спалах, зафіксований нейтринною обсерваторією IceCube, став першим прямим свідченням зв’язку між космічними джерелами та субатомними частинками. Проте його повільний струмінь довгий час ставив під сумнів можливість такого походження нейтрино.
Довготривале спостереження показало, що цей струмінь насправді має винятково сприятливу геометрію – він спрямований майже безпосередньо на Землю. Така орієнтація забезпечує посилення випромінювання і дозволяє чітко зафіксувати взаємодії в магнітному полі. “Розв’язання цієї загадки підтверджує, що активні галактичні ядра з надмасивними чорними дірами є не лише потужними прискорювачами електронів, але й протонів – джерела спостережуваних нейтрино високих енергій”, – підсумовує Ковальов.
Магнітні поля як рушії багатопосланницької астрономії
Ініціатива MuSES присвячена дослідженню джерел енергії у Всесвіті за допомогою багатоканального спостереження – від нейтрино до радіохвиль. Вона спрямована на вивчення активних ядер, де магнітні поля грають вирішальну роль у формуванні струменів. Тороїдальні магнітні структури виявились центральним елементом цих прискорювачів, що утворюються в околицях надмасивних чорних дір.
Важливо, що ці результати дозволяють не лише розкрити механізми утворення струменів, а й відстежити джерела космічних променів, що досягають Землі. Блазари, орієнтовані на нас, стають унікальними лабораторіями для спостереження за найекстремальнішими умовами у Всесвіті. У таких об’єктах вивчаються процеси, які не можуть бути відтворені в жодному наземному прискорювачі.
Наразі дані MuSES доповнюють результати MOJAVE, демонструючи інтеграцію радіо-, гамма- та нейтринних спостережень в єдину систему. Це формує нову наукову парадигму – астрономію з багатьма спостерігачами, де кожен канал випромінювання розкриває окрему частину космічної картини. Спільно вони дозволяють побачити повну структуру та динаміку джетів.
Блазар PKS 1424+240 став першим об’єктом, у якому виявлено прямий зв’язок між тороїдальним магнітним полем та викидом високоенергетичних нейтрино. Це відкриття підтвердило провідну роль магнітних полів у прискоренні частинок і формуванні космічних джетів. Дані VLBA та MOJAVE виявили, що навіть повільні на вигляд струмені можуть бути джерелом надвисоких енергій, якщо вони орієнтовані безпосередньо на спостерігача.
Використання багатопрофільного аналізу в астрономії дозволяє розкрити складні взаємозв’язки між різними типами випромінювання. Це наближає розуміння природи найпотужніших процесів у Всесвіті. Нові технології дозволяють дедалі глибше зазирати в серце далеких галактик – і там, серед магнітних спіралей, знаходити ключі до великих космічних загадок.
#Астрономи #виявили #джерело #космічних #нейтрино
Source link
