Obrovský ďalekohľad – 8-krát väčší ako Zem – odhaľuje bezprecedentný pohľad na obrovský kozmický prúd

Ďalekohľad väčší ako Zem našiel vo vesmíre plazmové lano.

Pomocou siete rádioteleskopov na Zemi a vo vesmíre astronómovia zachytili doposiaľ najdetailnejší pohľad na výtrysk plazma streľba zo supermasívu čierna diera V srdci galaxie ďaleko, ďaleko.

Prúd, ktorý pochádza zo srdca vzdialeného blazaru s názvom 3C 279, sa pohybuje takmer rýchlosťou svetla a v blízkosti svojho zdroja zobrazuje zložité, skrútené vzory. Tieto vzory spochybňujú štandardnú teóriu, ktorá sa používa už 40 rokov na vysvetlenie toho, ako sa tieto prúdy formujú a menia v priebehu času.

Veľký príspevok k pozorovaniam umožnil Inštitút Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu v nemeckom Bonne, kde sa spojili údaje zo všetkých zúčastnených teleskopov a vytvorili virtuálny ďalekohľad s efektívnym priemerom asi 100 000 kilometrov.

Ich zistenia boli nedávno zverejnené prírodná astronómia,

Obrázok 1: Zapletené vlákna v blazare 3C 279. Obraz relativistického výtrysku v tomto zdroji s vysokým rozlíšením, ako ho videl program Radioastron. Obrázok odhaľuje zložitú štruktúru v prúde pozostávajúcu z viacerých vlákien v mierke parseku, ktoré tvoria tvar špirály. Pole obsahuje údaje z rádioteleskopov po celom svete a obežnej dráhe Zeme, medzi nimi aj 100-metrový rádioteleskop Effelsberg. Údaje boli následne spracované v korelačnom centre Inštitútu Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu. Poďakovanie: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration; VLBA/Jorstad a kol.; RadioAstron/Fuentes a ďalšie

Pohľad do blejzrov

Blazary sú najjasnejšie a najsilnejšie zdroje elektromagnetického žiarenia vo vesmíre. Sú podtriedou aktívnych galaktických jadier, ktoré pozostávajú z galaxií s centrálnou supermasívnou čiernou dierou, ktorá zhromažďuje hmotu z okolitého disku. Asi 10 % aktívnych galaktických jadier, klasifikovaných ako kvazary, produkuje relativistické plazmové výtrysky. Trhy patria k malej časti kvazaru, v ktorej môžeme vidieť tieto prúdy smerujúce takmer priamo k pozorovateľovi.

Nedávno tím výskumníkov vrátane vedcov z Inštitútu Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu (MPIFR) v Bonne v Nemecku zobrazil najvnútornejšiu oblasť výtrysku v blazare 3C 279 v bezprecedentnom uhlovom rozlíšení a odhalil pozoruhodne pravidelné špirálové vlákna. čo môže vyžadovať revíziu teoretických modelov doteraz používaných na vysvetlenie procesov, pri ktorých vznikajú výtrysky v aktívnych galaxiách.

„Vďaka RadioAstron, vesmírnej misii, pre ktorú rádioteleskop na obežnej dráhe dosiahol vzdialenosť k Mesiacu, a sieti dvadsiatich troch rádioteleskopov rozmiestnených po celej Zemi sme získali snímku vnútra blazaru s najvyšším rozlíšením. nám umožňuje po prvý raz vidieť vnútornú štruktúru výtrysku tak podrobne,“ hovorí Antonio Fuentes, výskumník Inštitútu astrofyziky Andalúzie (IAA-CSIC) v Granade v Španielsku, ktorý prácu vedie.

Teoretické dôsledky a výzvy

Nové okno do vesmíru, ktoré otvorila misia RadioAstron, odhalilo nové detaily v plazmovom jete 3C 279, blazare so supermasívnou čiernou dierou v jeho jadre. Prúd pozostáva z najmenej dvoch skrútených vlákien plazmy, ktoré siahajú viac ako 570 svetelných rokov od stredu.

„Toto je prvýkrát, čo sme videli takéto vlákna tak blízko k pôvodu jetu a hovoria nám viac o tom, ako čierna diera formuje plazmu.“ Vnútorný prúd bol tiež pozorovaný dvoma ďalšími ďalekohľadmi, GMVA a EHT, pri oveľa kratších vlnových dĺžkach (3,5 mm a 1,3 mm), ale nedokázali odhaliť vláknité tvary, pretože boli príliš slabé a príliš veľké pre toto rozlíšenie. “ hovorí Eduardo Ros, člen výskumného tímu a európsky plánovač GMVA. Dodal: „Toto ukazuje, ako môžu rôzne teleskopy odhaliť rôzne vlastnosti toho istého objektu.“

Obrázok 2: Pozorovania Radioastron VLBI poskytujú virtuálny ďalekohľad až do osemnásobku priemeru Zeme (maximálna základná čiara 350 000 km). Poďakovanie: Roskosmos

Prúdy plazmy prichádzajúce z blazaru v skutočnosti nie sú priame a rovnomerné. Ukazujú fluktuácie, ktoré ukazujú, ako je plazma ovplyvnená silami okolo čiernej diery. Astronómovia, ktorí študovali tieto zákruty, nazývané špirálové vlákna, v 3C279 zistili, že boli spôsobené nestabilitou vznikajúcou v prúdovej plazme. V tomto procese si tiež uvedomil, že stará teória, ktorú používal na vysvetlenie toho, ako sa prúdy menia v priebehu času, už nefungujú. Preto sú potrebné nové teoretické modely, ktoré dokážu vysvetliť, ako sa takéto špirálové vlákna tvoria a vyvíjajú tak blízko k pôvodu prúdu. Je to obrovská výzva, ale aj skvelá príležitosť dozvedieť sa viac o týchto úžasných kozmických javoch.

„Obzvlášť zaujímavým aspektom vyplývajúcim z našich výsledkov je, že naznačujú prítomnosť špirálového magnetického poľa, ktoré obmedzuje prúd,“ hovorí Guang-Yao Zhao, ktorý je v súčasnosti spojený s MPIFR a členom tímu vedcov. „Preto to môže byť magnetické pole, ktoré sa otáča v smere hodinových ručičiek okolo výtrysku v 3C 279, ktoré riadi a usmerňuje plazmu výtrysku pohybujúcu sa rýchlosťou 0,997-násobku rýchlosti svetla.“

Andrei Lobanov, ďalší vedec MPIFR v tíme výskumníkov, hovorí: „Podobné špirálové vlákna boli pozorované už predtým v extragalaktických prúdoch, ale v oveľa väčšom meradle, kde sú spôsobené rôznymi časťami prúdenia, ktoré sa pohybujú rôznymi rýchlosťami a interagujú s každým z nich. iné.“ „Verí sa, že je výsledkom strihania proti.“ , „Touto štúdiou vstupujeme do úplne novej oblasti, v ktorej môžu byť tieto vlákna v skutočnosti spojené s najzložitejšími procesmi v bezprostrednej blízkosti čiernej diery, ktoré vytvárajú prúd.“

Štúdia vnútorného výtrysku v 3C279, teraz uvedená v najnovšom vydaní Nature Astronomy, rozširuje prebiehajúce úsilie o lepšie pochopenie úlohy magnetických polí pri počiatočnom vytváraní relativistických tokov z aktívnych galaktických jadier. To zdôrazňuje mnohé zostávajúce výzvy súčasného teoretického modelovania týchto procesov a demonštruje potrebu ďalších vylepšení rádioastronomických prístrojov a techník, ktoré poskytujú jedinečné príležitosti na zobrazovanie vzdialených kozmických objektov v rekordnom uhlovom rozlíšení.

Technologický pokrok a spolupráca

Pomocou špeciálnej techniky nazývanej interferometria s veľmi dlhou základnou čiarou (VLBI) sa kombináciou a koreláciou údajov z rôznych rádiových observatórií vytvorí virtuálny ďalekohľad s efektívnym priemerom rovnajúcim sa maximálnej vzdialenosti medzi anténami zapojenými do pozorovania. Vedec projektu Radioastron Yuri Kovalev, teraz v MPIFR, zdôrazňuje dôležitosť zdravej medzinárodnej spolupráce na dosiahnutie takýchto výsledkov: „Observatóriá z dvanástich krajín boli synchronizované s vesmírnou anténou pomocou vodíkových hodín, ktoré umožňujú vzdialenosť Bol vytvorený virtuálny ďalekohľad v tvare Mesiaca.“

Anton Xenas, riaditeľ MPIFR a jedna z hnacích síl misií RadioAstron za posledné dve desaťročia, hovorí: „Experimenty RadioAstron, ktoré viedli k snímkam, ako je tento pre kvazar 3C279, sú možné vďaka medzinárodnej vedeckej spolupráci observatórií. mimoriadne úspechy a vedci v mnohých krajinách. Táto misia si vyžiadala desaťročia spoločného plánovania pred vypustením satelitu. Vytváranie skutočných snímok kombináciou veľkých teleskopov na zemi ako Effelsberg a starostlivej analýzy údajov v našom korelačnom centre VLBI v Bonne Bolo to možné .

Referencia: Antonio Fuentes, Jose L. „Vláknité štruktúry ako pôvod variability rádiových prúdov blazarov“ od Gomeza, Jose M. Martího, Manela Perucha, Guang-Yao Zhaa, Rocca Lica, Andreja P. Lobanova, Gabriela Bruniho, Yuriho Y. Kovalev, Andrew Chail, Kazunori Akiyama, Katherine L. Bowman, He Sun, Ilje Cho, Ephthalia Traianou, Teresa Toscano, Rohan Dahle, Mariana Foschi, Leonid I. Gurvits, Svetlana Jorstad, Jae-Young Kim, Alan P. Marcher, Yosuke Mizuno, Eduardo Ros a Tuomas Savolainen, 26. októbra 2023 , prírodná astronómia,
DOI: 10.1038/s41550-023-02105-7

ďalšie informácie

Misia RadioAstron interferometra Zem-vesmír, ktorá bola aktívna od júla 2011 do mája 2019, pozostávala z 10-metrového rádioteleskopu na obežnej dráhe (SPECTRUM-R) a súboru takmer dvoch desiatok najväčších pozemných rádioteleskopov na svete. 100 m Effelsbergov rádioteleskop. Keď sa signály z jednotlivých ďalekohľadov skombinovali pomocou interferencie rádiových vĺn, táto séria ďalekohľadov poskytovala maximálne uhlové rozlíšenie ekvivalentné rádiovému teleskopu s priemerom 350 000 km – čo je ekvivalent vzdialenosti medzi Zemou a Mesiacom. To urobilo z rádioastrónu prístroj s najvyšším uhlovým rozlíšením v histórii astronómie. Projekt RadioAstron viedli Astro Space Center Lebedevovho fyzikálneho inštitútu Ruskej akadémie vied a Lavočkinovho vedeckého a výrobného združenia na základe zmluvy so Štátnou vesmírnou korporáciou ROSCOSMOS, v spolupráci s partnerskými organizáciami v Rusku a ďalších krajinách. Astronomické údaje z tejto misie analyzujú rôzni vedci z celého sveta, ktorých výsledky sú prezentované tu.

Nasledujúci spoluautori prezentovanej práce sú pridružení k MPIFR v poradí, v akom sa nachádzajú v zozname: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Ephthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros a Tuomas Savolainen. Spolupracovníci Rocco Lico a Gabriele Bruni boli tiež spojení s MPIFR počas misie RadioAstron.

Jurij Y. Kovalev prijal Cenu Friedricha Wilhelma Bessela za výskum Nadácie Alexandra von Humboldta.