«Мы решили попробовать».VERITAS — это группа телескопов в южной Аризоне, которая чувствительна к гамма-лучам очень высоких энергий, энергия которых в миллиарды раз превышает энергию фотонов, к которым чувствительны наши глаза.
В течение следующих 10 дней VERITAS зарегистрировал высокоэнергетические гамма-лучи от этого источника, известного как PKS 1441 + 25, в том числе с энергией около 200 ГэВ.«Мы знали, что этот источник испускает гамма-лучи низкой энергии, но на этот раз мы обнаружили источники высокой энергии, которые обычно не достигают Земли», — сказал Эррандо.
«Это первая загадка: как возможно, что гамма-лучи столь высоких энергий совершили путешествие от этого очень далекого квазара до Земли, не заблудившись в тумане видимых фотонов между ними?«Вторая загадка заключалась в том, что высокоэнергетические гамма-лучи были произведены далеко от черной дыры, которая их питает, а не близко к ней, как можно было бы ожидать», — сказал Эррандо.Эррандо является автором статьи о наблюдениях вспышки с помощью гамма-излучения, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters 15 декабря 2015 года.
Это один из нескольких одновременных публикаций, сказал он.«Все, у кого был телескоп, смотрели на PKS 1441 + 25, который был активен на всех длинах волн», — сказал Эррандо.
Туман фотонов«Мы были удивлены, обнаружив высокоэнергетические гамма-лучи, — сказал Эррандо, — потому что они обычно не проходят. Это как включить дальний свет в тумане».По его словам, очень мощные гамма-лучи легко отбрасываются видимым светом, светом галактик и звезд, заполняющим межгалактическое пространство.
Гамма-лучи более низких энергий в основном взаимодействуют с ультрафиолетовым светом и рентгеновскими лучами. Есть много источников видимых фотонов — звезд и галактик, — но не так много источников рентгеновского излучения, которые беспокоили бы гамма-лучи с более низкой энергией.
Таким образом, появление высокоэнергетических гамма-лучей позволило астрономам установить предел плотности фотонного тумана между квазаром и Землей, фотонов, которые должны затруднить распространение этих гамма-лучей.Поскольку путешествие занимает мало времени, астрономия может быть машиной времени; чем дальше от источника, тем дальше назад во времени излучался свет. Свет от PKS 1441 + 25 прошел не менее 7,6 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, что составляет более половины возраста Вселенной.
По словам Эррандо, измерение VERITAS составило подтвержденные теоретические модели количества и яркости звезд и галактик во Вселенной за 7,6 миллиарда лет, оставив мало места для открытия других источников, которые могут излучать оптический свет.Например, сказал он, многие люди искали так называемые звезды III популяции. Иногда звезды описывают по содержанию металлов, что позволяет приблизительно определить их возраст. Звезды населения I образовались из газа с засеянными тяжелыми элементами, образовавшимися в предыдущих звездах-гигантах.
Звезды популяции II образовывались в регионах, где не было предшественников, продуцирующих тяжелые элементы. Звезды населения III, если они существуют, были бы звездами, которые сформировались еще раньше, до образования галактик.«Тот факт, что гамма-лучи проходят, означает, что тумана меньше, чем дальше, и поэтому любое нетрадиционное население ранних галактик и звезд не должно быть очень многочисленным», — сказал Эррандо.Действия на расстоянии
Пока VERITAS изучала гамма-излучение от PKS 1441 + 25, радиообсерватория Оуэнс-Вэлли в Бишопе, Калифорния, наблюдала за его радиоизлучением.«Когда мы видим радиоволны, мы предполагаем, что они исходят издалека от черной дыры», — сказал Эррандо. «Если они созданы в очень плотной среде, они немедленно поглощаются. Только когда плотность становится достаточно низкой, они могут распространяться наружу.
Таким образом, мы знали, что радиоизлучение идет далеко вверх по струе, довольно далеко от струи. черная дыра."Кроме того, по его словам, радиоизлучение немного изменилось, становилось все ярче и слабее.
Все квазары излучают на радиочастотах, но обычно это излучение стабильно; радиопоток не сильно меняется.Более того, флуктуации гамма-излучения были синхронизированы с флуктуациями радиоизлучения. «Наиболее вероятное объяснение синхронизации, — сказал он, — состоит в том, что радиоволны и гамма-лучи испускались из одной и той же области джета.
«Это меня удивило», — сказал Эррандо. «Центральная черная дыра — самый энергичный элемент во всей этой системе, поэтому можно ожидать, что эти гамма-лучи очень высокой энергии будут производиться рядом с ней. Вместо этого они испускались примерно в четырех световых годах от нас, примерно на расстоянии от Земли. до ближайшей звезды.«Если бы черная дыра была размером с университетский класс, — сказал он, — гамма-лучи испускались бы на Аляске.
Он сказал, что один из механизмов, который может объяснить это, — это шоки. «Когда ветер частиц выходит из черной дыры, он врезается в неподвижную среду, создавая ударные волны», — сказал Эррандо. «Вероятно, именно эти ударные волны производят гамма-лучи так далеко от черной дыры.«Это говорит нам о том, что толчки в ветрах частиц, вероятно, намного более эффективны, чем мы предполагали, потому что они способны переносить энергию из черной дыры на большие расстояния и при этом ускорять частицы до этих безумных энергий», — сказал он.
«PKS 1441 + 25 — первый квазар, в котором мы видели это разделение», — сказал он. «Если это обычное явление, это может означать, что квазары как группа вносят больший вклад в общую мощность излучения высокой энергии во Вселенной, потому что они производят гамма-лучи и энергичные частицы, которые могут улетать в космос.«В любом случае, просто поразительно, что что-то маленькое, вроде черной дыры, может перемещать энергию на такие большие расстояния», — сказал Эррандо.