VLBA-bild av kvasar 3C 273, med sin långa jet som sprängs ut. Bildkredit: NRAO. Klicka för att förstora.
När ett par forskare riktade National Science Foundations Very Long Baseline Array (VLBA) radioteleskop mot en berömd kvasar, sökte de bevis för att stödja en populär teori om varför de supersnabba strålarna av partiklar som strömmar från kvasarer är begränsade till smala strömmar. Istället fick de en överraskning som 'kan skicka teoretikerna tillbaka till ritborden', enligt en av astronomerna.
'Vi hittade bevisen vi letade efter, men vi hittade också ytterligare ett bevis som verkar motsäga det', säger Robert Zavala, en astronom vid U.S. Naval Observatorys Flagstaff, Arizona, station. Zavala och Greg Taylor, från National Radio Astronomy Observatory och Kavli Institute of Particle Astrophysics and Cosmology, presenterade sina resultat för American Astronomical Societys möte i Minneapolis, Minnesota.
Kvasarer anses allmänt vara supermassiva svarta hål i galaxernas kärnor, det svarta hålet omgivet av en spinnande skiva av material som obönhörligt dras in i det svarta hålets gravitationskraft. Genom processer som fortfarande inte är väl förstådda, drivs kraftfulla strålar av partiklar utåt med hastigheter nästan ljusets. En populär teoretisk modell säger att magnetfältslinjer i den snurrande skivan vrids tätt ihop och begränsar de snabbrörliga partiklarna till smala 'strålar' som strömmar från skivans poler.
1993 föreslog astrofysikern Roger Blandford vid Stanford University och Kavli Institute att ett sådant vridet magnetfält skulle producera ett distinkt mönster i inriktningen eller polariseringen av radiovågor som kommer från strålarna. Zavala och Taylor använde VLBA, som kan producera de mest detaljerade bilderna av alla teleskop inom astronomi, för att söka bevis för Blandfords förutsagda mönster i en välkänd kvasar som kallas 3C 273.
'Vi såg exakt vad Blandford förutspådde, vilket stödde idén om ett vridet magnetfält. Men vi såg också ett annat mönster som inte förklaras av ett sådant fält, säger Zavala.
I tekniska termer bör det vridna magnetfältet orsaka en stadig förändring, eller gradient, i den mängd med vilken inriktningen (polarisationen) av radiovågorna roteras när man tittar över strålens bredd. Den gradienten dök upp i VLBA-observationerna. Men med ett vridet magnetfält bör procentandelen av vågorna som är likadant inriktade, eller polariserade, vara som störst i mitten av strålen och minska stadigt mot kanterna. Istället visade observationerna att andelen polarisering ökade mot kanterna.
Det betyder, säger astronomerna, att det antingen är något fel med modellen med vridet magnetfält eller så tvättas dess effekter ut av interaktioner mellan strålen och det interstellära mediet som den borrar igenom. 'I vilket fall som helst måste teoretikerna börja arbeta för att ta reda på hur detta kan hända,' sa Zavala.
När de meddelades om de nya resultaten, sa Blandford, 'dessa observationer är tillräckligt bra för att motivera ytterligare utveckling av teorin.'
3C 273 är en av de mest kända kvasarerna inom astronomi, och var den första som uppmärksammades som ett mycket avlägset objekt 1963. Caltech-astronomen Maarten Schmidt arbetade på en kort vetenskaplig artikel om 3C273 på eftermiddagen den 5 februari samma år när han plötsligt kände igen ett mönster i objektets spektrum av synligt ljus som möjliggjorde en omedelbar beräkning av dess avstånd. Han skrev senare att 'Jag blev chockad av den här utvecklingen...' Bara några minuter senare, sa han, träffade han sin kollega Jesse Greenstein, som studerade en annan kvasar, i en korridor. På ytterligare några minuter fann de att den andra också var ganska avlägsen. 3C 273 är cirka två miljarder ljusår från jorden i stjärnbilden Jungfrun och är synlig i medelstora amatörteleskop.
VLBA är ett system med tio radioteleskopantenner, var och en med en skål 25 meter (82 fot) i diameter och väger 240 ton. Från Mauna Kea på Big Island of Hawaii till St. Croix på Amerikanska Jungfruöarna sträcker sig VLBA över mer än 5 000 miles, vilket ger astronomer den skarpaste sikten av något teleskop på jorden eller i rymden. VLBA invigdes 1993 och har en förmåga att se fina detaljer som motsvarar att kunna stå i New York och läsa en tidning i Los Angeles.
'VLBA:s extremt skarpa 'radiovision' var absolut nödvändig för att utföra detta arbete, förklarade Zavala. 'Vi använde de högsta radiofrekvenserna vid vilka vi kunde detektera 3C273:s jet för att maximera detaljen vi kunde få, och denna ansträngning lönade sig med stor vetenskap,' tillade han.
National Radio Astronomy Observatory är en anläggning av National Science Foundation, som drivs under samarbetsavtal av Associated Universities, Inc.
Ursprunglig källa: NRAO News Release