Przejdź do treści

Dżety z kwazarów są akceleratorami cząstek o długości tysięcy lat świetlnych

Złożony obraz Centaurus A, pokazujący strumienie (dżety) wyłaniające się z galaktycznej centralnej czarnej dziury wraz z powiązanym promieniowaniem gamma.

Międzynarodowy zespół naukowców wykazał, że bardzo wysokoenergetyczna emisja promieniowania gamma z kwazarów nie koncentruje się w regionie w pobliżu centralnej czarnej dziury, ale rozciąga się na kilka tysięcy lat świetlnych wzdłuż strumieni plazmy. Odkrycie to wstrząsnęło bieżącymi scenariuszami zachowania takich dżetów.

W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy obserwowali Wszechświat za pomocą promieni gamma, które są fotonami o bardzo wysokiej energii. Promienie gamma, stanowiące część promieni kosmicznych, które nieustannie bombardują Ziemię, pochodzą z regionów Wszechświata, w których cząsteczki są przyspieszane do ogromnych energii nieosiągalnych w ziemskich akceleratorach. Promienie gamma są emitowane między innymi przez kwazary, które są aktywnymi galaktykami o wysoce energetycznym jądrze. Intensywność promieniowania emitowanego z tych układów może zmieniać się w bardzo krótkim czasie, nawet do jednej minuty. Naukowcy wierzyli zatem, że źródło tego promieniowania jest bardzo małe i znajduje się w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, która może mieć masę kilka miliardów razy większą niż nasze Słońce. Uważa się, że czarna dziura pochłania materię spiralnie i wyrzuca jej niewielką część w postaci dużych dżetów plazmy, z relatywistycznymi prędkościami, zbliżonymi do prędkości światła, przyczyniając się w ten sposób do dystrybucji materii na cały Wszechświat.

Korzystając z obserwatorium H.E.S.S. w Namibii, międzynarodowy zespół astrofizyków obserwował radiogalaktykę (galaktykę, która jest bardzo jasna, gdy jest obserwowana na falach radiowych) przez ponad 200 godzin, w niesłychanie dużej rozdzielczości. Jako najbliższa Ziemi galaktyka radiowa, Centaurus A, jest korzystny dla naukowców do takich badań, umożliwiając im identyfikację regionu emitującego promieniowanie o bardzo wysokiej energii podczas badania trajektorii strumieni plazmy. Udało się im wykazać, że źródło promieniowania rozciąga się na odległość kilku tysięcy lat świetlnych. Ta rozległa emisja wskazuje, że przyspieszenie cząstek nie zachodzi wyłącznie w pobliżu czarnej dziury, ale także na całej długości strumienia plazmy. Na podstawie tych nowych wyników obecnie uważa się, że cząsteczki są ponownie przyspieszane w losowych procesach wzdłuż dżetu. Odkrycie to sugeruje, że wiele galaktyk radiowych z wydłużonymi strumieniami przyspiesza elektrony do ekstremalnych energii i może emitować promienie gamma, prawdopodobnie wyjaśniając pochodzenie znacznej części rozproszonego pozagalaktycznego promieniowania tła gamma.

Odkrycia te dostarczają nowych, ważnych informacji na temat kosmicznych emiterów promieniowania gamma, a w szczególności na temat roli galaktyk radiowych jako wysoce wydajnych relatywistycznych akceleratorów elektronów. Ze względu na ich dużą liczbę wydaje się, że radiogalaktyki przyczyniają się bardzo znacząco do redystrybucji energii w ośrodku międzygalaktycznym. Wyniki tego badania wymagały obszernych obserwacji i zoptymalizowanych technik analizy z H.E.S.S., najbardziej czułego obserwatorium promieniowania gamma. Teleskopy nowej generacji (Cherenkov Telescope Array – CTA) bez wątpienia umożliwią bardziej szczegółowe obserwowanie tego zjawiska.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej informacji:
Quasar jets are particle accelerators thousands of light-years long

Resolving acceleration to very high energies along the jet of Centaurus A

Źródło: CNRS

Na ilustracji: Złożony obraz Centaurus A, pokazujący strumienie (dżety) wyłaniające się z galaktycznej centralnej czarnej dziury wraz z powiązanym promieniowaniem gamma. Źródło: ESO/WFI (Optyczne); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss i inni (Submillimetrowe); NASA/CXC/CfA/R.Kraft i inni (promieniowanie X), współpracownicy H.E.S.S.(Gamma).