Dengan cara yang agak seperti pembentukan aliansi untuk mengalahkan Death Star Darth Vader, lebih dari satu dekade yang lalu para astronom membentuk konsorsium Teleskop Blazar Seluruh Bumi untuk memahami Nature's Death Ray Gun (alias Dan bertentangan dengan nama yang terdengar di pintu kematian,) GASP telah terbukti penting untuk mengungkap rahasia tentang bagaimana "LHC" Alam bekerja.
"Sebagai akselerator terbesar di alam semesta, jet blazar penting untuk dipahami," kata Lembaga Penelitian Partikel Astrofisika dan Kosmologi (KIPAC) Kavli, Masaaki Hayashida, penulis yang bersesuaian pada makalah yang baru-baru ini mempresentasikan hasil baru dengan Ahli Astrofisika KIPAC, Greg Madejski. “Tapi bagaimana mereka diproduksi dan bagaimana mereka disusun tidak dipahami dengan baik. Kami masih ingin memahami dasar-dasarnya. "
Blazars mendominasi langit sinar gamma, bintik-bintik diskrit pada latar belakang gelap alam semesta. Saat materi di dekatnya jatuh ke lubang hitam supermasif di pusat blazar, "memberi makan" lubang hitam, ia menyemprotkan sebagian energi ini kembali ke alam semesta sebagai semburan partikel.
Para peneliti sebelumnya berteori bahwa jet tersebut disatukan oleh sulur medan magnet yang kuat, sementara cahaya jet diciptakan oleh partikel yang berputar di sekitar "garis" medan magnet tipis ini.
Namun, sampai sekarang, detailnya relatif kurang dipahami. Penelitian baru-baru ini mengecewakan pemahaman umum tentang struktur jet, mengungkapkan wawasan baru tentang binatang buas yang misterius namun perkasa ini.
"Pekerjaan ini merupakan langkah penting untuk memahami fisika jet-jet ini," kata Direktur KIPAC Roger Blandford. "Jenis pengamatan inilah yang akan memungkinkan kita untuk mengetahui anatomi mereka."
Selama setahun penuh pengamatan, para peneliti fokus pada satu jet blazar tertentu, 3C279, yang terletak di rasi Virgo, memonitornya di berbagai wavebands: sinar gamma, sinar-X, optik, inframerah dan radio. Blazars berkedip terus-menerus, dan para peneliti mengharapkan perubahan terus-menerus di semua negara. Namun di pertengahan tahun, para peneliti mengamati perubahan spektakuler dalam emisi optik dan gamma-ray: pancaran sinar gamma selama 20 hari disertai dengan perubahan dramatis dalam cahaya optik jet.
Meskipun sebagian besar cahaya optik tidak terpolarisasi - terdiri dari cahaya dengan campuran yang sama dari semua polarisasi - pembengkokan ekstrim dari partikel energetik di sekitar garis medan magnet dapat mempolarisasi cahaya. Selama flare sinar gamma 20 hari, cahaya optik dari jet mengubah polarisasi. Koneksi sementara ini antara perubahan dalam sinar gamma dan perubahan dalam polarisasi optik menunjukkan bahwa cahaya pada kedua gelombang diciptakan di bagian yang sama dari jet; selama 20 hari itu, sesuatu di lingkungan lokal berubah menyebabkan cahaya optik dan sinar gamma bervariasi.
"Kami memiliki ide yang cukup bagus tentang di mana cahaya optik jet dibuat; sekarang kita tahu sinar gamma dan cahaya optik dibuat di tempat yang sama, kita dapat untuk pertama kalinya menentukan dari mana sinar gamma berasal, ”kata Hayashida.
Pengetahuan ini memiliki implikasi yang luas tentang bagaimana lubang hitam supermasif menghasilkan jet kutub. Sebagian besar energi yang dilepaskan dalam jet lolos dalam bentuk sinar gamma, dan para peneliti sebelumnya berpikir bahwa semua energi ini harus dilepaskan di dekat lubang hitam, dekat dengan tempat materi mengalir ke lubang hitam melepaskan energinya di tempat pertama. Namun hasil baru menunjukkan bahwa - seperti cahaya optik - sinar gamma dipancarkan relatif jauh dari lubang hitam. Ini, kata Hayashida dan Madejski, pada gilirannya menunjukkan bahwa garis-garis medan magnet harus entah bagaimana membantu energi bergerak jauh dari lubang hitam sebelum dilepaskan dalam bentuk sinar gamma.
"Apa yang kami temukan sangat berbeda dari yang kami harapkan," kata Madejski. “Data menunjukkan bahwa sinar gamma dihasilkan bukan satu atau dua hari cahaya dari lubang hitam [seperti yang diharapkan] tetapi lebih dekat ke satu tahun cahaya. Itu mengejutkan. "
Selain mengungkapkan di mana dalam cahaya jet diproduksi, perubahan bertahap dari polarisasi cahaya optik juga mengungkapkan sesuatu yang tidak terduga tentang bentuk keseluruhan jet: jet tampak melengkung saat bergerak menjauh dari lubang hitam.
"Pada satu titik saat sinar gamma menyala, polarisasi diputar sekitar 180 derajat ketika intensitas cahaya berubah," kata Hayashida. "Ini menunjukkan bahwa seluruh kurva jet."
Pemahaman baru ini tentang cara kerja bagian dalam dan konstruksi jet blazar membutuhkan model kerja baru dari struktur jet, yang di dalamnya jet melengkung secara dramatis dan cahaya yang paling energetik berasal jauh dari lubang hitam. Ini, kata Madejski, adalah tempat para ahli teori masuk. "Penelitian kami menimbulkan tantangan yang sangat penting bagi para ahli teori: bagaimana Anda membuat jet yang berpotensi membawa energi sejauh ini dari lubang hitam? Dan bagaimana kita bisa mendeteksi itu? Memperhatikan garis medan magnet tidak mudah. Perhitungan terkait sulit dilakukan secara analitis, dan harus diselesaikan dengan skema numerik yang sangat kompleks. ”
Ahli teori Jonathan McKinney, Fellow Stanford University Einstein dan pakar dalam pembentukan jet bermagnet, setuju bahwa hasilnya menimbulkan banyak pertanyaan saat mereka menjawab. “Sudah ada kontroversi lama tentang jet-jet ini - tentang di mana tepatnya emisi sinar gamma berasal. Pekerjaan ini membatasi jenis model jet yang mungkin, ”kata McKinney, yang tidak terkait dengan penelitian terbaru. "Dari sudut pandang ahli teori, saya senang karena itu berarti kita perlu memikirkan kembali model kita."
Ketika para ahli teori mempertimbangkan bagaimana pengamatan baru sesuai dengan model bagaimana jet bekerja, Hayashida, Madejski dan anggota tim peneliti lainnya akan terus mengumpulkan lebih banyak data. "Ada kebutuhan yang jelas untuk melakukan pengamatan seperti itu di semua jenis cahaya untuk memahami ini dengan lebih baik," kata Madejski. “Dibutuhkan sejumlah besar koordinasi untuk menyelesaikan jenis studi ini, yang mencakup lebih dari 250 ilmuwan dan data dari sekitar 20 teleskop. Tapi itu sepadan. "
Dengan ini dan studi multi-panjang gelombang di masa depan, ahli teori akan memiliki wawasan baru yang dapat digunakan untuk membuat model bagaimana akselerator terbesar alam semesta bekerja. Darth Vader telah ditolak semua akses ke hasil penelitian ini.
Sumber: Siaran Pers Laboratorium Akselerator Nasional DOE / SLAC, sebuah makalah di Nature edisi 18 Februari 2010.
