Noen av de lyseste gjenstandene i universet er kvasarer. I stedet for svarte hull som spiser materie, kan det være gjenstander med kraftige magnetfelt som fungerer som propeller, og kaster materien tilbake i galaksen.
I det fjerne, unge universet, lyser kvasarer med en glans som ikke kan matches av noe i det lokale kosmos. Selv om de fremstår som stjerneaktige i optiske teleskoper, er kvasarer faktisk de lyse sentrumene av galakser som ligger milliarder av lysår fra Jorden.
Den syvende kjernen i en kvasar for øyeblikket er avbildet som inneholder en plate med varm gass som spiraler inn i et supermassivt svart hull. Noe av den gassen blir kraftig kastet utover i to motstående jetfly med nesten lysets hastighet. Teoretikere kjemper for å forstå fysikken på akkresjonsskiven og jetflyene, mens observatører sliter med å kikke inn i kvasarens hjerte. Den sentrale "motoren" som driver jetflyene er vanskelig å studere teleskopisk fordi regionen er så kompakt og jordobservatører er så langt unna.
Astronom Rudy Schild fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og hans kolleger studerte kvasaren kjent som Q0957 + 561, som ligger omtrent 9 milliarder lysår fra Jorden i retning av stjernebildet Ursa Major, nær Big Dipper. Denne kvasaren har et sentralt kompakt objekt som inneholder så mye masse som 3-4 milliarder soler. De fleste anser dette objektet for å være et "svart hull", men Schilds forskning antyder noe annet.
"Vi kaller ikke dette objektet for et svart hull fordi vi har funnet bevis på at det inneholder et internt forankret magnetfelt som trenger inn gjennom overflaten av det kollapsede sentrale objektet, og som samhandler med kvasarmiljøet," kommenterte Schild.
Forskerne valgte Q0957 + 561 for sin tilknytning til en naturlig kosmisk linse. Tyngdekraften til en nærliggende galakse bøyer rom, og danner to bilder av den fjerne kvasaren og forsterker lyset. Stjerner og planeter i den nærliggende galaksen påvirker også kvasarens lys, og forårsaker små svingninger i lysstyrken (i en prosess som kalles "mikrolensering") når de driver inn i siktlinjen mellom Jorden og kvasaren.
Schild overvåket kvasarens lysstyrke i 20 år, og ledet et internasjonalt konsortium av observatører som opererte 14 teleskoper for å holde objektet under jevn døgnet rundt på kritiske tider.
"Med mikrolensering kan vi skille mer detaljer fra dette såkalte 'sorte hullet' to tredjedeler av veien til kanten av det synlige universet enn vi kan fra det sorte hullet i sentrum av Melkeveien," sa Schild.
Gjennom nøye analyser drillet teamet ut detaljer om kvasarens kjerne. For eksempel bestemte beregningene deres stedet der jetflyene dannes.
“Hvordan og hvor dannes disse jetflyene? Selv etter 60 år med radioobservasjoner, hadde vi ikke noe svar. Nå er bevisene inne, og det vet vi, ”sa Schild.
Schild og kollegene fant ut at jetflyene ser ut til å stamme fra to regioner 1000 astronomiske enheter i størrelse (omtrent 25 ganger større enn Pluto-Sun-avstand) som ligger 8000 astronomiske enheter rett over polene til det sentrale kompakte objektet. (En astronomisk enhet er definert som den gjennomsnittlige avstanden fra jorden til solen, eller 93 millioner miles.) Denne plasseringen ville imidlertid være forventet bare hvis jetflyene ble drevet av å koble sammen magnetfeltlinjer som var forankret til den roterende supermassive kompakte gjenstanden innenfor kvasaren. Ved å samhandle med en omkringliggende akkresjonsskive, spoler slike magnetfeltlinjer opp, vikler seg strammere og strammere til de eksplosivt forener, kobler sammen og går i stykker, og slipper ut enorme mengder energi som driver jetflyene.
"Denne kvasaren ser ut til å være dynamisk dominert av et magnetfelt internt forankret til det sentrale, roterende supermassive kompakte objektet," uttalte Schild.
Ytterligere bevis for viktigheten av kvasarens internt forankrede magnetfelt finnes i omgivende strukturer. For eksempel ser det ut til at det indre området nærmest kvasaren er blitt feid med materialet. Den indre kanten av akkresjonsskiven, som ligger omtrent 2000 astronomiske enheter fra den sentrale kompakte gjenstanden, varmes opp til glødelampe og lyser sterkt. Begge effektene er de fysiske signaturene til et virvlende, indre magnetfelt som blir trukket rundt ved rotasjonen av det sentrale kompakte objektet - et fenomen kalt "magnetisk propelleffekt."
Observasjoner antyder også tilstedeværelsen av en bred kjegleformet utstrømning fra akkresjonsskiven. Når den er tent av den sentrale kvasaren, lyser den i en ringlignende disposisjon kjent som Elvis-strukturen etter Schilds CfA-kollega, Martin Elvis, som teoretiserte dens eksistens. Den overraskende store vinkelåpningen av utstrømningen som blir observert, forklares best av påvirkningen fra et iboende magnetfelt inneholdt i det sentrale kompakte objektet i denne kvasaren.
I lys av disse observasjonene har Schild og kollegene hans, Darryl Leiter (Marwood Astrophysics Research Center) og Stanley Robertson (Southwestern Oklahoma State University), foreslått en kontroversiell teori om at magnetfeltet er iboende for kvasarens sentrale, supermassive kompakte objekt, snarere enn bare å være en del av akkresjonsdisken slik de fleste forskere tenker. Hvis bekreftet, ville denne teorien føre til et revolusjonerende nytt bilde av kvasarstruktur.
"Funnet vårt utfordrer det aksepterte synet på sorte hull," sa Leiter. "Vi har til og med foreslått et nytt navn for dem - Magnetospheric Eternally Collapsing Objects, eller MECOs," en variant av navnet som først ble myntet av den indiske astrofysikeren Abhas Mitra i 1998. "Astrofysikere for 50 år siden hadde ikke tilgang til den moderne forståelsen av kvanteelektrodynamikk som ligger bak våre nye løsninger på Einsteins originale relativitetsligninger. ”
Denne forskningen antyder at i tillegg til massen og spinnet, kan kvasarens sentrale kompakte objekt ha fysiske egenskaper mer som en svært rødskiftet, spinnende magnetisk dipol enn som et svart hull. Av den grunn forsvinner ikke mest nærliggende materie for alltid, men føler i stedet de motorlignende roterende magnetfeltene og blir spunnet ut igjen. I følge denne teorien har ikke en MECO en hendelseshorisont, så alle saker som er i stand til å komme seg gjennom den magnetiske propellen blir gradvis bremset ned og stoppet ved MECOs svært rødforskyvede overflate, med bare et svakt signal som forbinder strålingen fra den materien til en fjern observatør. Det signalet er veldig vanskelig å observere og har ikke blitt oppdaget fra Q0957 + 561.
Denne forskningen ble publisert i juli 2006-utgaven av Astronomical Journal, og er tilgjengelig online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.
Hovedkvarter i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), er et felles samarbeid mellom Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, organisert i seks forskningsavdelinger, studerer universets opprinnelse, evolusjon og endelige skjebne.
Originalkilde: CfA News Release
