Sử dụng mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến trên Trái đất và trong không gian, các nhà thiên văn học đã thu được cái nhìn chi tiết nhất từ trước đến nay về một tia plasma từ một lỗ đen siêu lớn. Dòng tia di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng và thể hiện những hình dạng phức tạp, xoắn gần nguồn của nó. Những mô hình này thách thức lý thuyết tiêu chuẩn đã được sử dụng trong 40 năm để giải thích cách các dòng vật chất này hình thành và thay đổi theo thời gian.
Cấu trúc dạng sợi của dòng phản lực trong 3C 279 được RadioAstron tiết lộ. a , Tổng cường độ (trái) và phân cực tuyến tính (phải) Ảnh RadioAstron ở 1,3 cm thu được vào ngày 10 tháng 3 năm 2014. Trong khi cả hai hình ảnh ở nhiệt độ sáng hiển thị (thang màu), hình ảnh bên phải cũng hiển thị các góc vị trí vectơ điện được phục hồi phủ lên như bọ ve. Chiều dài và màu sắc của chúng tỷ lệ thuận với mức độ cường độ phân cực tuyến tính và độ phân cực phân đoạn. b , Hình ảnh EHT tỷ lệ 1:1 1,3 mm thu được vào tháng 4 năm 2017. Các đường nét tương ứng với hình ảnh RadioAstron của chúng tôi và được hiển thị để so sánh các tỷ lệ khác nhau được thăm dò. Chúng bắt đầu ở mức 90% độ sáng cực đại và giảm dần theo hệ số 3/2 liên tiếp cho đến khi đạt 5%. Cả hai hình ảnh đều được căn chỉnh theo pixel với độ sáng tối đa. c , Hình ảnh chương trình VLBA-BU-BLAZAR 7 mm thu được vào ngày 25 tháng 2 năm 2014. Các hình elip màu trắng ở góc dưới bên trái của b và c lần lượt biểu thị các chùm chập 20 × 20 μas 2 và 150 × 360 μas 2 . Các thanh màu chỉ đề cập đến thông tin được hiển thị trong tệp . Tín dụng: https://www.nature.com/articles/s41550-023-02105-7
Viện thiên văn vô tuyến Max Planck ở Bonn, Đức đã thực hiện đóng góp lớn cho các quan sát này, nơi dữ liệu từ tất cả các kính thiên văn tham gia được kết hợp để tạo ra một kính thiên văn ảo có đường kính hiệu dụng khoảng 100.000 km.
Blazar là nguồn bức xạ điện từ sáng nhất và mạnh nhất trong vũ trụ. Chúng là một phân lớp của các hạt nhân thiên hà đang hoạt động bao gồm các thiên hà có lỗ đen siêu lớn ở trung tâm đang tích tụ vật chất từ một đĩa xung quanh. Khoảng 10% nhân thiên hà đang hoạt động, được phân loại là chuẩn tinh, tạo ra các tia plasma tương đối tính.
Blazar thuộc về một phần nhỏ các chuẩn tinh trong đó chúng ta có thể thấy những tia này hướng gần như thẳng vào người quan sát. Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học từ Viện Thiên văn vô tuyến Max Planck (MPIfR) ở Bonn, Đức, đã chụp ảnh vùng trong cùng của dòng phản lực trong Blazar 3C 279 ở độ phân giải góc chưa từng có và phát hiện các sợi xoắn ốc đều đặn đáng chú ý có thể đòi hỏi phải xem lại các mô hình lý thuyết được sử dụng cho đến nay để giải thích các quá trình tạo ra các tia trong các thiên hà đang hoạt động.
"Nhờ có RadioAstron, sứ mệnh không gian trong đó kính thiên văn vô tuyến quay quanh quỹ đạo đạt tới khoảng cách xa như mặt trăng và mạng lưới gồm 23 kính thiên văn vô tuyến phân bổ trên khắp Trái đất, chúng tôi đã thu được hình ảnh có độ phân giải cao nhất về bên trong của một hành tinh. blazar cho đến nay, cho phép chúng tôi quan sát cấu trúc bên trong của máy bay một cách chi tiết như vậy lần đầu tiên", Antonio Fuentes, nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý thiên văn Andalusia (IAA-CSIC) ở Granada, Tây Ban Nha, dẫn đầu công trình, cho biết.
Cánh cửa mới về vũ trụ được mở ra bởi sứ mệnh RadioAstron đã tiết lộ những chi tiết mới về tia plasma của 3C 279, một blazar có lỗ đen siêu lớn ở lõi. Dòng tia này có ít nhất hai sợi plasma xoắn kéo dài hơn 570 năm ánh sáng tính từ tâm.
“Đây là lần đầu tiên chúng tôi nhìn thấy những sợi như vậy rất gần với nguồn gốc của dòng phản lực và chúng cho chúng tôi biết nhiều hơn về cách lỗ đen hình thành plasma. Dòng phản lực bên trong cũng được quan sát bởi hai kính thiên văn khác là GMVA và EHT, tại Eduardo Ros, thành viên nhóm nghiên cứu và nhà lập kế hoạch châu Âu của GMVA, cho biết: các bước sóng ngắn hơn nhiều (3,5 mm và 1,3 mm), nhưng họ không thể phát hiện các dạng sợi vì chúng quá mờ và quá lớn đối với độ phân giải này.
Ông nói thêm: “Điều này cho thấy các kính thiên văn khác nhau có thể tiết lộ những đặc điểm khác nhau của cùng một vật thể như thế nào”.
Các tia plasma đến từ blazar không thực sự thẳng và đồng đều. Chúng thể hiện những khúc quanh cho thấy plasma bị ảnh hưởng như thế nào bởi các lực xung quanh lỗ đen. Các nhà thiên văn nghiên cứu những vòng xoắn này trong 3C 279, được gọi là các sợi xoắn ốc, phát hiện ra rằng chúng được gây ra bởi sự mất ổn định phát triển trong plasma phản lực.
Trong quá trình đó, họ cũng nhận ra rằng lý thuyết cũ mà họ từng sử dụng để giải thích sự thay đổi của các tia theo thời gian đã không còn hiệu quả nữa.
Do đó, cần có những mô hình lý thuyết mới có thể giải thích làm thế nào các sợi xoắn ốc như vậy hình thành và phát triển rất gần với nguồn gốc tia. Đây là một thách thức lớn nhưng cũng là cơ hội tuyệt vời để tìm hiểu thêm về những hiện tượng vũ trụ kỳ thú này.
“Một khía cạnh đặc biệt hấp dẫn phát sinh từ kết quả của chúng tôi là chúng gợi ý sự hiện diện của một từ trường xoắn ốc giam giữ dòng phản lực”, Guan-Yao Zhao, hiện đang liên kết với MPIfR và là thành viên của nhóm các nhà khoa học, cho biết. “Do đó, có thể từ trường quay theo chiều kim đồng hồ xung quanh tia trong 3C 279, điều khiển và hướng dẫn plasma của tia chuyển động với tốc độ gấp 0,997 lần tốc độ ánh sáng.”
Andrei Lobanov, một nhà khoa học MPIfR khác trong nhóm nghiên cứu cho biết: “Các sợi xoắn ốc tương tự đã được quan sát thấy ở các tia ngoài thiên hà trước đây, nhưng ở quy mô lớn hơn nhiều, nơi chúng được cho là do các phần khác nhau của dòng chảy chuyển động với tốc độ khác nhau và cắt lẫn nhau”. . “Với nghiên cứu này, chúng tôi đang bước vào một địa hình hoàn toàn mới, trong đó những sợi này thực sự có thể được kết nối với các quá trình phức tạp nhất ở vùng lân cận của lỗ đen tạo ra dòng phản lực.”
Nghiên cứu về dòng phản lực bên trong trong 3C 279, hiện được đăng trên tạp chí Nature Astronomy , mở rộng nỗ lực không ngừng để hiểu rõ hơn vai trò của từ trường trong sự hình thành ban đầu của dòng chảy tương đối tính từ các hạt nhân thiên hà đang hoạt động. Nó nhấn mạnh vô số thách thức còn lại đối với mô hình lý thuyết hiện tại của các quá trình này và chứng minh sự cần thiết phải cải tiến hơn nữa các thiết bị và kỹ thuật thiên văn vô tuyến mang lại cơ hội duy nhất để chụp ảnh các vật thể vũ trụ ở xa ở độ phân giải góc kỷ lục.
Sử dụng một kỹ thuật đặc biệt gọi là Giao thoa kế đường cơ sở rất dài (VLBI), một kính thiên văn ảo có đường kính hiệu dụng bằng khoảng cách tối đa giữa các ăng-ten liên quan đến quan sát được tạo ra bằng cách kết hợp và tương quan dữ liệu từ các đài quan sát vô tuyến khác nhau.
Nhà khoa học dự án RadioAstron, Yury Kovalev, hiện đang làm việc tại MPIfR, nhấn mạnh tầm quan trọng của sự hợp tác quốc tế lành mạnh để đạt được những kết quả như vậy: "Các đài quan sát từ 12 quốc gia đã được đồng bộ hóa với ăng-ten không gian bằng đồng hồ hydro, tạo thành một kính viễn vọng ảo có kích thước bằng khoảng cách đến trái đất." mặt trăng."
Anton Zensus, giám đốc MPIfR và là một trong những động lực thúc đẩy sứ mệnh RadioAstron trong hai thập kỷ qua, cho biết: "Các thí nghiệm với RADIOASTRON dẫn đến những hình ảnh như thế này cho quasar 3C 279 là những thành tựu đặc biệt có được nhờ sự hợp tác khoa học quốc tế của đài quan sát và các nhà khoa học ở nhiều quốc gia. Nhiệm vụ này mất nhiều thập kỷ lập kế hoạch chung trước khi phóng vệ tinh. Việc tạo ra những hình ảnh thực tế có thể thực hiện được bằng cách kết nối các kính viễn vọng lớn trên mặt đất như Effelsberg và bằng cách phân tích cẩn thận dữ liệu tại trung tâm tương quan VLBI của chúng tôi ở Bonn. "
