Onderzoekers hebben een diepgaande afbeelding gemaakt van de plasmastroom PKS 1424+240 met een ongekende resolutie. Deze ontdekking werd gedaan in het verre heelal.
Astronomen hebben iets waargenomen dat lijkt op het mythische ‘Oog van Sauron’ in het verre heelal en hebben mogelijk een kosmisch raadsel opgelost dat wetenschappers al tientallen jaren bezighield.
Onderzoekers hebben een ontdekking gedaan die kan helpen verklaren hoe de schijnbaar langzaam bewegende blazar, bekend als PKS 1424+240, een van de helderste bronnen van gammastraling en hoogenergetische kosmische neutrino’s kan zijn die ooit zijn waargenomen. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
De blazar PKS 1424+240, die zich miljarden lichtjaren van ons bevindt, heeft astronomen lange tijd voor een raadsel gesteld. Hij viel op als de helderste van de bekende neutrino-blazars aan de hemel, ontdekt door het neutrino-observatorium IceCube, en straalde ook zeer hoogenergetische gammastraling uit, waargenomen door Cherenkov-telescopen op aarde. Het was echter merkwaardig dat zijn radiostroom langzaam leek te bewegen, wat in tegenspraak was met de verwachting dat alleen de snelste stralen een dergelijke uitzonderlijke gloed konden veroorzaken.
Nu, dankzij 15 jaar uiterst nauwkeurige radio-observaties door de Very Long Baseline Array (VLBA), hebben onderzoekers een diepgaand beeld van deze jet met een ongekende resolutie gecreëerd.
“Toen we het beeld reconstrueerden, zag het er absoluut verbluffend uit”, zegt Yuri Kovalev, hoofdauteur van het onderzoek en hoofdonderzoeker van het MuSES-project bij het Max Planck Instituut voor Radioastronomie (MPIfR), in een verklaring. “We hebben nog nooit zoiets gezien: een bijna perfect toroïdaal magnetisch veld met een straal die recht op ons gericht is.”.
Omdat de straal bijna precies naar de aarde is gericht, wordt de hoogenergetische straling ervan sterk versterkt door de effecten van de speciale relativiteitstheorie. “Deze uitlijning leidt tot een helderheidsverhoging van 30 keer of meer”, legt Jack Livingston, medeauteur van het MPIfR, uit. “Tegelijkertijd lijkt de straal langzaam te bewegen door projectie-effecten, een klassieke optische illusie.”
Nieuwe aanpak
Door deze frontale geometrie konden wetenschappers het hart van de blazarstraal rechtstreeks observeren, wat een unieke kans is. Gepolariseerde radiosignalen hielpen het team een kaart te maken van de structuur van het magnetische veld van de straal, waardoor de waarschijnlijke spiraalvormige of toroïdale vorm ervan aan het licht kwam. Deze structuur speelt een sleutelrol bij het opstarten en collimeren van de plasmastroom en kan nodig zijn om deeltjes tot extreme energieën te versnellen.
“De ontrafeling van dit raadsel bevestigt dat actieve kernen van sterrenstelsels met superzware zwarte gaten niet alleen krachtige versnellers zijn van elektronen, maar ook van protonen, die de bron zijn van de waargenomen hoogenergetische neutrino’s”, concludeert Kovalev.
Deze ontdekking is een triomf voor het MOJAVE-programma, een tienjarig programma voor het observeren van relativistische stralen in actieve sterrenstelsels met behulp van de Very Long Baseline Array (VLBA). Wetenschappers maken gebruik van Very Long Baseline Interferometry (VLBI), een techniek die radiotelescopen over de hele wereld met elkaar verbindt tot een virtuele telescoop ter grootte van de aarde. Dit levert de hoogste resolutie op die in de astronomie beschikbaar is, waardoor de kleinste details van verre kosmische stralen kunnen worden bestudeerd.
“Toen we MOJAVE lanceerden, leek het idee om ooit stralen van verre zwarte gaten rechtstreeks te koppelen aan kosmische neutrino’s sciencefiction. Vandaag maken onze waarnemingen dit mogelijk”, zegt Anton Zenzus, directeur van MPIfR en medeoprichter van het programma.
Dit resultaat versterkt het verband tussen relativistische stralen, hoogenergetische neutrino’s en de rol van magnetische velden bij de vorming van kosmische versnellers, wat volgens de auteurs een belangrijke mijlpaal is in de astronomie met behulp van meerdere soorten signalen.
