Snažni bljeskovi s horizonta događaja

U članku koji izlazi u časopisu Science, kolaboracija MAGIC izvješćuje o snažnom bljesku visokoenergijskog gama-zračenja iz galaksije IC 310 opaženom s pomoću dvaju teleskopa promjera 17 m smještenih na kanarskom otoku La Palma. Popratnim opažanjima europske mreže radioteleskopa VLBI viđen je iznimno ravan mlaz plazme koji izlazi iz neposredne blizine supermasivne crne rupe smještene u središtu galaksije. Treperenje bljeska gama-zračenja na vremenskoj skali manjoj od pet minuta pokazuje da zračenje potječe iz područja manjeg od horizonta događaja crne rupe. To otkriće podupire ideju da gama-zrake nastaju zbog čestica koje su ubrzane snažnim električnim poljima u vrlo uskom području blizu crne rupe. Takve se konfiguracije očekuju blizu brzorotirajućih crnih rupa koje radiomlazove napajaju smanjivanjem svoje rotacijske energije.

Smatra se da u središtima galaksija postoje supermasivne crne rupe s masama od milijun pa do nekoliko milijardi masa Sunca. Tako je, čini se, i u slučaju galaksije IC 310 koja je udaljena 260 milijuna svjetlosnih godina i pripada skupu galaksija Perzej. Ta je galaksija poznata po dugačkom radiomlazu koji izlazi iz njezinog središta. Izvor tog mlaza desetljećima je bio zagonetan. Njegova je emisija toliko snažna da odgovara zračenju deset milijardi zvijezda, a nastaje u iznimno kompaktnom središnjem dijelu galaksije. Slike mlaza u visokom razlučivanju koje su dobivene mrežom radioantena EVN otkrile su jako izduženu strukturu koja kreće iz kompaktnog središta manjeg od svjetlosne godine. Nedavna detekcija promjenjive emisije gama-zračenja teleskopima MAGIC potaknula je zanimanje za taj zagonetni izvor.

 

U novoj kampanji koja je uključila opažanja teleskopima MAGIC otkriveno je da se emisija gama-zraka mijenja na vremenskoj skali od pet minuta. Voditeljica ovog istraživanja Dorit Eisenacher sa Sveučilišta u Wuerzburgu (Njemačka) objasnila je: “Pošto znamo da je horizont događaja supermasivne crne rupe u galaksiji IC 310 tri puta veći od udaljenosti Zemlja-Sunce, otkriće varijabilnosti u gama-području na samo petini te udaljenosti bilo je potpuno neočekivano.”

 

Smatra se da supermasivne crne rupe potiskuju mlazove plazme na račun smanjivanja svoje rotacijske energije. U blizini akrecijskog toka one induciraju struje povezane s magnetskim poljem na velikoj skali te usmjeravaju i ubrzavaju nabijene čestice. Prema dosadašnjim saznanjima, opažene gama-zrake proizlaze iz šokova koji putuju niz mlazove. Najkraća vremenska skala emisije iz šokova određena je vremenom koje je svjetlosti potrebno da prođe promjer horizonta događaja, što određuje donju granicu promjera mlaza. No, opažanja teleskopima MAGIC sada donose posve novu priču.

 

Ako je plazma oko supermasivne crne rupe jako rijetka, mlazovi bi trebali nastajati blizu rotacijskih polova gdje je gustoća premala da bi naboji poremetili električna polja koja nastaju zbog rotacije magnetskog polja. Ta područja snažnog električnog polja sliče uvjetima u magnetosferama pulsara gdje se čestice ubrzavaju do vrlo visokih energija koje deset tisuća puta premašuju energiju ekvivalentnu masi temeljnih gradivnih čestica, protona i neutrona, i odnose značajan dio ukupne energije mlaza. Stoga bi opažanja IC 310 mogla biti ključ rješenja zagonetnog nastanka mlazova u blizini crnih rupa.

 

Ovaj iznimni rezultat do kojega su došli suradnici na teleskopima MAGIC i EVN bit će objavljen u broju Sceince Expressa od 6. studenog 2014.

 

“Detekcijom tako brzih promjena na tim energijama ispituje se najdublje područje u samoj jezgri, u neposrednoj blizini središnje crne rupe”, rekao je Razmik Mirzoyan s Instituta Max Planck u Münchenu (Njemačka) i dodao: “MAGIC je taj i druge važne rezultate mogao postići zahvaljujući velikoj osjetljivosti, niskom energijskom pragu i velikom energijskom opsegu.”

Eksperiment MAGIC nalazi se u Sjevernom europskom opservatoriju Roque de los Muchachos (2200 m nad morem), na kanarskom otoku La Palmi. Sustav od dva teleskopa MAGIC, svaki promjera 17 m, trenutno iz kozmičkih izvora opaža visokoenergijske gama-zrake u energijskom području od 25 GeV do 50 TeV. Neutralne gama-zrake prodiru kroz Zemljinu atmosferu i stvaraju lavine sekundarnih čestica koje emitiraju plavičastu Čerenkovljevu svjetlost. Kolaboracija MAGIC istražuje gama-zrake iz galaktičkih i izvangalaktičkih izvora tako da snima i analizira stereoskopske slike tih Čerenkovljevih bljeskova.

 

MAGIC je izgrađen zajedničkim naporima velike europske kolaboracije koja uključuje 160 istraživača iz Njemačke, Španjolske, Italije, Švicarske, Poljske, Finske, Bugarske, Hrvatske, Indije i Japana.

 

Koautori ovog rada su i osmoro hrvatskih znanstvenika: Ana Babić, Dario Hrupec i Iva Šnidarić s Instituta Ruđer Bošković u Zagrebu, Nikola Godinović, Damir Lelas i Ivica Puljak s FESB-a Sveučilišta u Splitu, te Dijana Dominis Prester i Tomislav Terzić s Odjela za fiziku Sveučilišta u Rijeci. Hrvatska grupa uključila se u rad kolaboracije MAGIC 2008. godine.

 

Više informacija o MAGIC-u može se naći na stranicama https://wwwmagic.mpp.mpg.de/