Двадцять років спостережень за одним блазером: нові загадки
Дослідження блазерів триває вже два десятиліття, і нові спостереження відкривають загадки, які вимагають нових пояснень. Астрономи виявили незвичайні зміни в спектрі, що ставлять під сумнів існуючі моделі.
Астрономи, спостерігаючи за блазерами, опинилися в ситуації, схожій на те, якби вони намагалися дізнатися когось лише з чотирьох фотографій, зроблених з десятирічною перервою. Блазер — це активна галактика, в якій струмінь іонізованого матеріалу, що виникає навколо надмасивної чорної діри, спрямований майже прямо на нас. З цього кута галактика виглядає як єдина яскрава точка і випромінює енергію в усьому електромагнітному спектрі, від радіохвиль до гамма-випромінювання.
Блазери постійно змінюються, причому їхні характеристики не завжди корелюють між собою: рентгенівські промені можуть демонструвати одну поведінку, тоді як оптичне світло — іншу, іноді навіть під час одного спостереження. Для детального вивчення блазерів потрібні інструменти, що охоплюють увесь спектр постійно, однак таких пристроїв не існує. Тому за блазерами зазвичай спостерігають у рамках кампаній: кілька днів, кожні кілька місяців або років, у вузькому енергетичному діапазоні, який покриває конкретний телескоп.
Дослідження IXPE показало, що найкращим поясненням прискорення частинок у цих струменях є шокова хвиля, що проходить через них. На зображенні показані високоенергетичні частинки синього кольору, електрони, які у стандартній картині виробляють все, що ми бачимо (Credit : NASA/Pablo Garcia)
Аліція Вєжхольська з Інституту ядерної фізики в Кракові, співпрацюючи з Міхаелем Захаріасом з Гейдельберга, змогла провести значно триваліше спостереження. Їхньою метою став PKS 2155-304, об'єкт, що знаходиться на відстані півтора мільярда світлових років у південному сузір'ї Риб. Дані охоплюють майже два десятиліття, отримані з обсерваторії NASA Swift для оптичних, ультрафіолетових та рентгенівських спостережень, а також з Fermi для гамма-променів.
Стандартна модель передбачає, що випромінювання походить з однієї ділянки струменя, що виробляється однією популяцією електронів. Якщо це так, то яскравість оптичного та рентгенівського випромінювання повинна підвищуватися і знижуватися разом, можливо, з певною затримкою. Але за двадцять років спостережень такої кореляції не виявлено.
Коли блазер спалахує в рентгенівських променях, зазвичай більш жорсткі, високоенергетичні фотони яскравішають різкіше, ніж м'якші. Поглянувши на будь-який окремий спалах PKS 2155-304, можна спостерігати цю поведінку, але деталі відрізняються від спалаху до спалаху, і за два десятиліття цей шаблон не зберігається. Кожен спалах, здається, викликаний чимось трохи іншим.
TXS 0506+056 в гамма-променях, перед його спалахом у 2017 році. Коли високоенергетичний нейтрино прибув на Південний полюс у вересні, Fermi виявив, що цей блазер був найбільш активним за останнє десятиліття, що стало єдиним надійним зв'язком між космічним нейтрино та його джерелом (Credit: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration)
Потім з'явилася дивна серія спостережень, яка всіх здивувала. У двох вимірах з 2012 року в спектрі з'являється додатковий провал, статистично значущий, у той час, коли об'єкт не спалахував. Щось активувалося між цими двома вимірами. Команда Вєжхольської вважає, що найбільш імовірним винуватцем є адронні процеси, де протони, а не електрони, виконують цю роботу.
Це дійсно цікава частина, оскільки адронні процеси — це спосіб створення нейтрино. Високоенергетичні нейтрино надходять на Землю протягом багатьох років з джерел, які ніхто не може ідентифікувати, і тепер у нас є один надійний слід — блазер TXS 0506+056, захоплений під час спалаху.
