За Землей не просто наблюдают из далекого космоса: ученые сообщили, что раскрыли загадку “ока Саурона”
Спустя 15 лет наблюдений за расположенным в миллиардах световых лет от Земли активным галактическим ядром PKS 1424240, напоминающим глаз Саурона из "Властелина колец", ученые обнаружили ряд закономерностей, позволивших узнать больше о природе черных дыр.
Последние, как считают астрофизики, являются мощными ускорителями не только электронов, но и протонов, концентрированный поток которых образует нейтрино и высокоэнергетическое гамма-излучение.
Загадка ядра PKS 1424240 до недавнего времени заключалась в том, что поток вырабатываемой им плазмы (джет) слишком медленный для формирования экстремального излучения и нейтрино - мельчайшие элементарные частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом. Их также называют "призраками вселенной", потому что они не имеют заряда и почти не имеют массы, а также способны пройти сквозь физические объекты, не столкнувшись ни с одним их атомом.
Однако при помощи сверхмощного оборудования исследователи смогли провести анализ джета и пришли к выводу, что его медленное движение - это оптическая иллюзия, вызванная релятивистскими эффектами (поток плазмы направлен прямо на Землю, из-за чего его яркость значительно увеличивается, тем самым создавая эффект замедления).
Реконструировав изображение ядра, астрофизики обнаружили, что структура его магнитного поля похожа на спираль из кругов или овалов, которая как пружина ускоряет частицы.
"Решение этой головоломки подтверждает, что активные ядра галактик со сверхмассивными черными дырами являются не только мощными ускорителями электронов, но и протонов - источника наблюдаемых нейтрино и высоких энергий", - комментирует открытие один из ученых.
Полученные данные дают науке революционные возможности в нескольких ключевых направлениях:
-
Разгадка происхождения космических нейтрино
Раньше было неясно, как именно активные галактики (вроде PKS 1424240) производят нейтрино. Теперь доказано:
-
спиралевидные магнитные поля в джетах ускоряют протоны до экстремальных скоростей;
-
эти протоны сталкиваются с материей или излучением, рождая нейтрино и гамма-кванты.
Если данные верны, то наконец-то найден конкретный механизм, связывающий сверхмассивные чёрные дыры с нейтрино высоких энергий.
-
Подтверждение роли магнитных полей
Обнаруженная кольцевая структура поля (как у гигантской пружины) объясняет, как джеты:
-
разгоняют частицы до скоростей, близких к световым;
-
фокусируют плазму в узкие струи, протянувшиеся на миллионы световых лет.
Это поможет смоделировать аналогичные процессы в других объектах - от молодых звёзд до квазаров.
-
Прорыв в многоканальной астрономии
Учёные теперь могут:
-
сопоставлять данные нейтринных обсерваторий, гамма-телескопов и радиоинтерферометров;
-
предсказывать новые источники нейтрино, анализируя структуру их джетов;
-
искать "космические ускорители" по уникальным магнитным подписям.
-
Новое понимание релятивистских эффектов
-
Иллюзия "медленного" джета из-за геометрии (струя направлена прямо на нас) поможет переоценить данные по другим объектам.
-
Уточнены модели релятивистской аберрации — искажения яркости и скорости при околосветовых движениях.
-
Технологии будущего
-
Принципы ускорения частиц в спиралевидных полях могут лечь в основу новых конструкций земных ускорителей.
-
Методы VLBI-наблюдений (сверхточного радиосканирования) пригодятся для изучения экзопланет и чёрных дыр.
Практические последствия
-
Поиск тёмной материи: нейтрино могут быть её компонентом.
-
Космическая навигация: нейтринные сигналы однажды могут использоваться для ориентации в дальнем космосе.
-
Энергетика: понимание ускорения частиц в природе поможет создать компактные источники энергии.
Это как найти недостающий пазл в картине вселенной. Получается, что чёрные дыры - не только "пожиратели“ материи, но и "фабрики ускоренных частиц", способные рассказать о самых экстремальных условиях в космосе.