Odpowiedź przyniosły dopiero wieloletnie, precyzyjne obserwacje. Rekonstrukcja ujawniła strukturę przywodzącą na myśl słynne Oko Saurona z „Władcy Pierścieni” – niemal idealne toroidalne pole magnetyczne z dżetem skierowanym dokładnie w stronę Ziemi. To właśnie to unikalne ustawienie geometryczne wyjaśnia zagadkę pozornej sprzeczności w obserwacjach.
Blazar PKS 1424+240. Wyjątkowe źródło kosmicznych neutrin
Ten odległy obiekt stanowi prawdziwy fenomen wśród kosmicznych źródeł wysokoenergetycznego promieniowania. Został zidentyfikowany jako najjaśniejsze znane źródło neutrin, co czyni go bezcennym obiektem badań dla astrofizyków zajmujących się cząstkami elementarnymi. Znajduje się w odległości odpowiadającej przesunięciu ku czerwieni z=0.605, będąc najbardziej odległym blazarem wykrytym w zakresie bardzo wysokich energii. Należy też do 1% najsilniejszych znanych źródeł promieniowania gamma, podkreślając jego wyjątkowość.
Kluczowa rola obserwatorium IceCube
Ukryte pod antarktycznym lodem Obserwatorium Neutrinowe IceCube odegrało kluczową rolę w identyfikacji tego niezwykłego obiektu. PKS 1424+240 uznano za prawdopodobne źródło drugiego co do wielkości nadmiaru neutrin na północnej półkuli nieba. To przełomowe odkrycie ma fundamentalne znaczenie, gdyż neutrina niosą informacje z obszarów niedostępnych dla tradycyjnych metod obserwacji promieniowania elektromagnetycznego. Powstają podczas ekstremalnych procesów fizycznych w pobliżu supermasywnych czarnych dziur, pozwalając naukowcom zajrzeć w samo serce najbardziej energetycznych zjawisk kosmicznych.
Czytaj także: Te supermasywne czarne dziury strzelają w stronę Ziemi fascynującymi cząsteczkami. Skąd to wiemy?
Przez lata astronomowie zmagali się z problemem zwanym „kryzysem Dopplera”. Intensywna emisja wysokoenergetyczna z blazara wymagała ogromnego wzmocnienia relatywistycznego, jednak obserwowane pozorne prędkości dżetu wydawały się zaskakująco niskie. Ta sprzeczność podważała nasze rozumienie mechanizmów napędzających najbardziej energetyczne kosmiczne zjawiska. Sednem problemu było pogodzenie obserwacji sugerujących powolny ruch dżetu z teoretyczną koniecznością ekstremalnego wzmocnienia relatywistycznego.
Przełom dzięki sieci VLBA. 15 lat danych odsłania prawdę
Ponad dekada ultraprecyzyjnych obserwacji radiowych przeprowadzonych za pomocą Very Long Baseline Array przyniosła kluczowe dane. Naukowcy zgromadzili 42 spolaryzowane obrazy na częstotliwości 15 GHz w latach 2009-2025. Stosując technikę łączenia danych zwaną stackingiem, zwiększono czułość pomiarów, co ujawniło trwałą strukturę w skali parseków. Wynik tych obserwacji przerósł oczekiwania – obraz wyraźnie ukazywał strukturę przypominającą Oko Saurona.
Odkrycie stanowi spektakularny sukces programu MOJAVE, wieloletniej inicjatywy monitorującej relatywistyczne dżety w aktywnych galaktykach. Program wykorzystuje technikę interferometrii wielkobazowej (VLBI), łącząc radioteleskopy rozsiane po całym globie. Ta zaawansowana metoda tworzy wirtualny teleskop o rozmiarze Ziemi, zapewniając najwyższą możliwą rozdzielczość w astronomii. Dzięki temu można badać drobne szczegóły w obiektach oddalonych o miliardy lat świetlnych.
Toroidalne pole magnetyczne
Badania polarymetryczne wykazały dominującą składową toroidalną w polu magnetycznym dżetu. Ta struktura sugeruje, że dżet skierowany jest niemal dokładnie wzdłuż naszej linii widzenia. Pole magnetyczne odgrywa kluczową rolę zarówno w wyrzucaniu, jak i kształtowaniu strumienia plazmy, a także może być niezbędne do przyspieszania cząstek do ekstremalnych energii. Analiza spolaryzowanych sygnałów radiowych umożliwiła zespołowi odwzorowanie struktury pola, ujawniając jego prawdopodobny kształt helikalny lub toroidalny. To pierwsza tak szczegółowa obserwacja wewnętrznej struktury magnetycznej dżetu blazara.
Wzmocnienie relatywistyczne. Rozwiązanie iluzji
Unikalna geometria powoduje wzmocnienie jasności co najmniej trzydziestokrotnie. Obserwujemy blazar wewnątrz stożka jego relatywistycznego dżetu pod ekstremalnie małym kątem szacowanym na mniej niż 0.6°. Model dżetu wskazuje na współczynnik Lorentza rzędu 16, co odpowiada prędkości plazmy sięgającej 99.8% prędkości światła. Przy kącie widzenia wynoszącym zaledwie 0.3° uzyskujemy czynnik Dopplera równy 32 – trzykrotnie wyższy niż typowe wartości dla podobnych obiektów.
Czytaj także: Do Ziemi dotarła wiązka wystrzelona z odległości setek mln lat świetlnych. Co było jej źródłem?
Pozorna powolność dżetu wynika z efektów projekcji – klasycznej iluzji optycznej. Obserwowane prędkości PKS 1424+240 wynoszą 2.83 i 1.91 prędkości światła, co stanowi umiarkowane wartości wynikające wyłącznie z małego kąta widzenia, a nie z rzeczywistej niskiej prędkości. Ten geometryczny efekt wyjaśnia długotrwały paradoks: dżet pędzi z prędkością bliską światłu, lecz z naszej perspektywy wydaje się znacznie wolniejszy.
Maksymalizacja efektów
Obserwacja prowadzona wewnątrz stożka dżetu maksymalizuje wzmocnienie Dopplera, intensyfikując zarówno emisję elektromagnetyczną, jak i neutrinową w naszym kierunku. To ustawienie ostatecznie rozwiązuje kryzys czynnika Dopplera, godząc pozornie sprzeczne wyniki różnych metod obserwacyjnych. Wzmocnienie relatywistyczne odgrywa kluczową rolę w emisji promieniowania gamma i neutrin z blazarów. Odkrycie potwierdza, że aktywne jądra galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami stanowią potężne akceleratory nie tylko elektronów, ale i protonów – źródła obserwowanych wysokoenergetycznych neutrin.
To doniosłe odkrycie stanowi ważny krok w astronomii wielozakresowej, wzmacniając związek między relatywistycznymi dżetami, wysokoenergetycznymi neutrinami oraz rolą pól magnetycznych w kształtowaniu kosmicznych akceleratorów. Choć to dopiero początek drogi, badania otwierają nowe możliwości zrozumienia najbardziej ekstremalnych zjawisk we wszechświecie. Potwierdzają też, że łączenie różnych technik obserwacyjnych pozwala rozwikłać zagadki oporne na pojedyncze metody badawcze.