Nogle af de lyseste objekter i universet er kvasarer. I stedet for sorte huller, der forbruger stof, kunne der være genstande med kraftfulde magnetiske felter, der fungerer som propeller, der kaster materiale tilbage i galaksen.
I det fjerne, unge univers skinner kvasarer med en glans, der ikke kan sammenlignes med noget i det lokale kosmos. Selvom de forekommer stjernelignende i optiske teleskoper, er kvasarer faktisk de lyse centre for galakser beliggende milliarder af lysår fra Jorden.
Den syvende kerne i en kvasar i øjeblikket er afbildet som at indeholde en disk med varm gas, der spiral ind i et supermassivt sort hul. En del af denne gas kastes kraftigt udad i to modsatte stråler med næsten lysets hastighed. Teoretikere kæmper for at forstå fysikken på akkretionsdisken og jetflyene, mens observatører kæmper for at kigge ind i kvasarens hjerte. Den centrale "motor", der driver jetflyene, er vanskelig at studere teleskopisk, fordi regionen er så kompakt, og jordobservatører er så langt væk.
Astronom Rudy Schild fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) og hans kolleger studerede kvasaren kendt som Q0957 + 561, der ligger omkring 9 milliarder lysår fra Jorden i retning af stjernebilledet Ursa Major, nær Big Dipper. Denne kvasar har et centralt kompakt objekt, der indeholder så meget masse som 3-4 milliarder solskibe. De fleste ville betragte dette objekt som et "sort hul", men Schilds forskning antyder andet.
"Vi kalder ikke dette objekt et sort hul, fordi vi har fundet bevis for, at det indeholder et internt forankret magnetfelt, der trænger lige gennem overfladen af det sammenklappede centrale objekt, og som interagerer med kvasarmiljøet," kommenterede Schild.
Forskerne valgte Q0957 + 561 til sin tilknytning til en naturlig kosmisk linse. Tyngdekraften i en nærliggende galakse bøjer rummet og danner to billeder af den fjerne kvasar og forstørrer dens lys. Stjerner og planeter inden for den nærliggende galakse påvirker også kvasarets lys og forårsager små svingninger i lysstyrke (i en proces kaldet "mikrolensering"), når de driver ind i sigtlinjen mellem Jorden og kvasaren.
Schild overvågede kvasarens lysstyrke i 20 år og førte et internationalt konsortium af observatører, der betjente 14 teleskoper for at holde objektet under stabilt døgnet rundt på kritiske tidspunkter.
"Med mikrolensering kan vi skelne mere detaljeret fra dette såkaldte 'sorte hul' to tredjedele af vejen til kanten af det synlige univers end vi kan fra det sorte hul midt i Mælkevejen," sagde Schild.
Gennem omhyggelig analyse drillede teamet detaljer om kvasarens kerne. For eksempel pegede deres beregninger på det sted, hvor jetflyene dannes.
”Hvordan og hvor dannes disse jetfly? Selv efter 60 års radioobservationer havde vi intet svar. Nu er beviset i, og det ved vi, ”sagde Schild.
Schild og hans kolleger fandt ud af, at jetflyene ser ud til at stamme fra to regioner 1.000 astronomiske enheder i størrelse (ca. 25 gange større end Pluto-Sun-afstand), der ligger 8.000 astronomiske enheder direkte over polerne i det centrale kompakte objekt. (En astronomisk enhed er defineret som den gennemsnitlige afstand fra Jorden til Solen, eller 93 millioner miles.) Denne placering ville imidlertid kun forventes, hvis jetflyene blev drevet af genforbindelse af magnetfeltlinjer, der var forankret til det roterende supermassive kompakte objekt inden for kvasaren. Ved at interagere med en omgivende akkretionsskive, spoler sådanne spinnende magnetfeltlinjer op, vikles strammere og strammere, indtil de eksplosivt forener, forbindes igen og går i stykker og frigiver enorme mængder energi, der driver jetflyene.
”Denne kvasar ser ud til at være dynamisk domineret af et magnetfelt internt forankret til dets centrale, roterende supermassive kompakte objekt,” udtaler Schild.
Yderligere bevis for betydningen af kvasarens internt forankrede magnetfelt findes i omgivende strukturer. For eksempel ser det ud til, at det indre område, der er tættest på kvasaren, er blevet fejet rent af materiale. Den indvendige kant af akkretionsskiven, der ligger omkring 2.000 astronomiske enheder fra det centrale kompakte objekt, opvarmes til glød og glødes lyst. Begge effekter er de fysiske signaturer af et hvirvlende, indre magnetfelt, der trækkes rundt ved rotationen af det centrale kompakte objekt - et fænomen kaldet "magnetisk propelleffekt."
Observationer antyder også tilstedeværelsen af en bred kegleformet udstrømning fra akkretionsskiven. Når den er oplyst af den centrale quasar, lyser den i en ringlignende kontur, kendt som Elvis-strukturen efter Schilds CfA-kollega, Martin Elvis, som teoretiserede dens eksistens. Den overraskende store vinkelåbning af udstrømningen, der observeres, forklares bedst af indflydelsen af et iboende magnetfelt indeholdt i det centrale kompakte objekt i denne kvasar.
I lyset af disse observationer har Schild og hans kolleger, Darryl Leiter (Marwood Astrophysics Research Center) og Stanley Robertson (Southwestern Oklahoma State University) foreslået en kontroversiel teori om, at magnetfeltet er iboende for kvasarens centrale, supermassive kompakte objekt, snarere end kun at være en del af akkretionsdisken, som de fleste forskere tænker. Hvis bekræftet, ville denne teori føre til et revolutionerende nyt billede af quasarstruktur.
”Vores fund udfordrer det accepterede syn på sorte huller,” sagde Leiter. ”Vi har endda foreslået et nyt navn til dem - Magnetospheric Eternally Collapsing Objects, eller MECOs,” en variant af navnet, som først blev opfundet af den indiske astrofysiker Abhas Mitra i 1998. ”Astrofysikere for 50 år siden havde ikke adgang til den moderne forståelse af kvanteelektrodynamik, der ligger bag vores nye løsninger til Einsteins originale relativitetsligninger. ”
Denne undersøgelse antyder, at kvasarens centrale kompakte objekt ud over sin masse og omdrejning kan have fysiske egenskaber mere som en meget rødskiftet, drejende magnetisk dipol end som et sort hul. Af den grund forsvinder de fleste, der nærmer sig, ikke for evigt, men føler i stedet de motorlignende roterende magnetfelter og bliver spundet ud igen. I henhold til denne teori har en MECO ikke en hændelseshorisont, så ethvert stof, der er i stand til at komme gennem den magnetiske propel, bremses gradvist ned og stoppes ved MECOs stærkt rødskiftede overflade, med bare et svagt signal, der forbinder strålingen fra det stof til en fjern observatør. Dette signal er meget svært at observere og er ikke blevet detekteret fra Q0957 + 561.
Denne undersøgelse blev offentliggjort i juli 2006-udgaven af Astronomical Journal og er tilgængelig online på http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.
Hovedkvarter i Cambridge, Mass., Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) er et fælles samarbejde mellem Smithsonian Astrophysical Observatory og Harvard College Observatory. CfA-forskere, der er organiseret i seks forskningsafdelinger, studerer universets oprindelse, udvikling og ultimative skæbne.
Original kilde: CfA News Release
