Međunarodni tim znanstvenika kolaboracije MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) došao je do iznimnih rezultata u proučavanju nastajanja zagonetnih mlazova u blizini crnih rupa. Naime, znanstvenici su uspjeli izmjeriti dosad najbržu vremensku promjenu zračenja u relativističkom mlazu jedne supermasivne crne rupe, što upućuje na to da je područje u kojem se stvara gama-zračenje mnogo manje no što se dosad smatralo.
Rezultate istraživanja do kojih su došli suradnici na teleskopima MAGIC i Europske mreže radioteleskopa – VLBI (European VLBI Network) danas je objavio prestižan međunarodni časopis Science, a koautori ovog rada su i osmero 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.
U članku koji je objavio 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 znanstvenici su uočili 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. Ovo 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 njezina 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.
Kutno razlučivanje astronomskih teleskopa koji opažaju u drugim valnim područjima daleko je slabije od kutnog razlučivanja interferometara u radiopodručju, no komplementarna informacija o strukturi izvora proizlazi iz same varijabilnosti. Što je kraća vremenska skala varijabilnosti, to su dostupnije manje dimenzije. “Veličina izvora mora biti manja od udaljenosti koju svjetlost može prijeći za vrijeme koje odgovara varijabilnosti emisije”, objasnio je Julian Sitarek, istraživač iz IFAE u Barceloni (Španjolska) i suvoditelj ovog istraživanja. Budući da se varijabilnost na najkraćoj vremenskoj skali iskazuje kod fotona najvećih energija, opažanja u gama-području mogu otkriti veličinu područja u kojem nastaju mlazovi. 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: “Budući da 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 izbacuju 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 udarnih valova koji putuju niz mlazove. Najkraća vremenska skala emisije iz udarnih valova 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 vakuumskim procjepima 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.
– Detekcijom tako brzih promjena na tim energijama ispituje se najdublje područje u samoj jezgri, u neposrednoj blizini središnje crne rupe, zaključio je glasnogovornik kolaboracije MAGIC 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.”
– Izmjerili smo do sad najbržu vremensku promjenu zračenja u relativističkom mlazu jedne supermasivne crne rupe, što upućuje na to da je područje u kojem se stvara gama-zračenje mnogo manje no što se dosad smatralo. Zanimljivost je što smo bljesak u IC310 otkrili istovremenim opažanjem galaksije NGC1275, zahvaljujući činjenici da se obje nalaze u istom vidnom polju MAGIC kamera koje pokrivaju promjer od 3,5 stupnja. Procjenjuje se da jedan sat opažanja teleskopima MAGIC košta 20.000 eura, a konkurencija za dobivanje opažačkog vremena je vrlo velika. Potaknuti time, pokrenuli smo projekt traženja novih izvora u starim MAGIC-ovim mjerenjima. Razvoj nove strategije opažanja teleskopima MAGIC omogućio nam je mnogo efikasniju detekciju novih izvora i fenomena u svemiru, u našem raspoloživom opažačkom vremenu. – objašnjava Dijana Dominis Prester, glavna koordinatorica opažanja teleskopima MAGIC.
