Niektóre z najjaśniejszych obiektów we Wszechświecie to kwazary. Zamiast czarnych dziur pochłaniających materię mogą istnieć obiekty o silnych polach magnetycznych, które działają jak śmigła, spychając materię z powrotem do galaktyki.
W odległym, młodym wszechświecie kwazary świecą blaskiem nieporównywalnym z niczym w lokalnym kosmosie. Chociaż w teleskopach optycznych wyglądają jak gwiazdy, kwazary są w rzeczywistości jasnymi centrami galaktyk położonymi miliardy lat świetlnych od Ziemi.
Kipiący rdzeń kwazara jest obecnie przedstawiany jako zawierający krążek gorącego gazu spiralnie przechodzący w supermasywną czarną dziurę. Część tego gazu jest silnie wyrzucana na zewnątrz w dwóch przeciwległych strumieniach z prędkością zbliżoną do prędkości światła. Teoretycy próbują zrozumieć fizykę dysku akrecyjnego i dysz, a obserwatorzy próbują zajrzeć w serce kwazara. Centralny „silnik” napędzający dżety trudno jest badać teleskopowo, ponieważ region jest tak zwarty, a obserwatorzy Ziemi są tak daleko.
Astronom Rudy Schild z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i jego koledzy badali kwazar znany jako Q0957 + 561, położony około 9 miliardów lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Ursa Major, w pobliżu Wielkiego Wozu. Ten kwazar posiada centralnie zwarty obiekt o masie nawet 3-4 miliardów słońc. Większość uważa ten obiekt za „czarną dziurę”, ale badania Schilda sugerują coś innego.
„Nie nazywamy tego obiektu czarną dziurą, ponieważ znaleźliśmy dowody na to, że zawiera ono wewnętrznie zakotwiczone pole magnetyczne, które przenika bezpośrednio przez powierzchnię zwiniętego obiektu centralnego i oddziaływuje ze środowiskiem kwazara” - powiedział Schild.
Naukowcy wybrali Q0957 + 561 ze względu na jego związek z naturalną soczewką kosmiczną. Grawitacja pobliskiej galaktyki wygina przestrzeń, tworząc dwa obrazy odległego kwazara i powiększając jego światło. Gwiazdy i planety w pobliskiej galaktyce również wpływają na światło kwazara, powodując niewielkie fluktuacje jasności (w procesie zwanym „mikrosoczewkowaniem”), gdy dryfują w linii wzroku między Ziemią a kwazarem.
Schild monitorował jasność kwazara przez 20 lat i kierował międzynarodowym konsorcjum obserwatorów obsługujących 14 teleskopów, aby utrzymać obiekt pod stałym nadzorem przez całą dobę w krytycznych momentach.
„Dzięki mikrosoczewkowaniu możemy odróżnić więcej szczegółów od tak zwanej„ czarnej dziury ”dwie trzecie drogi do krawędzi widzialnego wszechświata, niż możemy od czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej” - powiedział Schild.
Po dokładnej analizie zespół wyjawił szczegóły dotyczące rdzenia kwazara. Na przykład ich obliczenia wskazały lokalizację, w której tworzą się strumienie.
„Jak i gdzie powstają te dżety? Nawet po 60 latach obserwacji radiowych nie mieliśmy odpowiedzi. Teraz są dowody i wiemy - powiedział Schild.
Schild i jego koledzy odkryli, że dżety wydają się wyłaniać z dwóch regionów o wielkości 1000 jednostek astronomicznych (około 25 razy większych niż odległość Plutona-Słońca) zlokalizowanych 8000 jednostek astronomicznych bezpośrednio nad biegunami centralnie zwartego obiektu. (Jednostkę astronomiczną definiuje się jako średnią odległość Ziemi od Słońca lub 93 miliony mil). Jednak lokalizacji tej można by oczekiwać tylko wtedy, gdy dżety byłyby zasilane przez ponownie łączące linie pola magnetycznego zakotwiczone w obracającym się supermasywnym zwartym obiekcie w kwazara. Poprzez interakcję z otaczającym dyskiem akrecyjnym, takie wirujące linie pola magnetycznego rozwijają się, nawijając mocniej i ciaśniej, aż wybuchowo połączą się, ponownie połączą i pękną, uwalniając ogromne ilości energii, która napędza strumienie.
„Ten kwazar wydaje się być dynamicznie zdominowany przez pole magnetyczne zakotwiczone wewnętrznie w jego centralnym, obracającym się supermasywnym zwartym obiekcie” - stwierdził Schild.
Dalsze dowody na znaczenie zakotwiczonego wewnętrznie pola magnetycznego kwazara znajdują się w otaczających strukturach. Na przykład wewnętrzny obszar najbliższy kwazara wydaje się, że został zmieciony z materiału. Wewnętrzna krawędź dysku akrecyjnego, zlokalizowana około 2000 jednostek astronomicznych od centralnie zwartego obiektu, jest podgrzewana do żarzenia i świeci jasno. Oba efekty są fizycznymi sygnaturami wirującego wewnętrznego pola magnetycznego, które jest przyciągane przez obrót centralnego zwartego obiektu - zjawisko nazywane „efektem magnetycznego śmigła”.
Obserwacje sugerują również obecność szerokiego wypływu w kształcie stożka z dysku akrecyjnego. Oświetlony centralnym kwazarem świeci on w kształcie pierścienia, znanym jako struktura Elvisa, według kolegi Schilda z CfA, Martina Elvisa, który teoretyzował jego istnienie. Obserwowany nieoczekiwanie duży kątowy otwór odpływu najlepiej tłumaczy się wpływem wewnętrznego pola magnetycznego zawartego w centralnym zwartym obiekcie w tym kwazar.
W świetle tych obserwacji Schild i jego koledzy, Darryl Leiter (Marwood Astrophysics Research Center) i Stanley Robertson (Southwestern Oklahoma State University), zaproponowali kontrowersyjną teorię, że pole magnetyczne jest nieodłącznym elementem centralnego, supermasywnego zwartego obiektu kwazara niż tylko część dysku akrecyjnego, jak myśli większość badaczy. Jeśli zostanie potwierdzona, ta teoria doprowadzi do rewolucyjnego nowego obrazu struktury kwazara.
„Nasze odkrycie podważa zaakceptowany pogląd na czarne dziury” - powiedział Leiter. „Zaproponowaliśmy im nawet nową nazwę - Magnetospheric Eternalally Collapsing Objects, lub MECOs”, wariant nazwy wymyślony po raz pierwszy przez indyjskiego astrofizyka Abhasa Mitrę w 1998 roku. „Astrofizyk sprzed 50 lat nie miał dostępu do współczesnego zrozumienia elektrodynamiki kwantowej, która stoi za naszymi nowymi rozwiązaniami oryginalnych równań względności Einsteina. ”
Badania te sugerują, że oprócz masy i spinu centralny zwarty obiekt kwazara może mieć właściwości fizyczne bardziej jak silnie przesunięty ku czerwieni wirujący dipol magnetyczny niż jak czarna dziura. Z tego powodu większość zbliżającej się materii nie znika na zawsze, lecz odczuwa wirujące pola magnetyczne podobne do silnika i zostaje odwrócona. Zgodnie z tą teorią MECO nie ma horyzontu zdarzeń, więc każda materia, która jest w stanie przedostać się przez śmigło magnetyczne, jest stopniowo spowalniana i zatrzymywana na mocno przesuniętej na czerwono powierzchni MECO, z jedynie słabym sygnałem łączącym promieniowanie z tej materii do dalekiego obserwatora. Ten sygnał jest bardzo trudny do zaobserwowania i nie został wykryty na podstawie Q0957 + 561.
Badanie zostało opublikowane w numerze Astronomical Journal z lipca 2006 r. I jest dostępne online pod adresem http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), z siedzibą w Cambridge, Massachusetts, jest wspólną współpracą Smithsonian Astrophysical Observatory i Harvard College Observatory. Naukowcy CfA, zorganizowani w sześć dywizji badawczych, badają pochodzenie, ewolucję i ostateczny los wszechświata.
Oryginalne źródło: CfA News Release
