Sample ELF data

Cel badań


Celem naukowym obecnego projektu jest budowa konsystentnego całościowego modelu relatywistycznej strugi ("dżetu") w obiektach astrofizycznych, w oparciu o analizę równoczesnych danych obserwacyjnych w szerokim zakresie częstości i intensywne teoretyczne prace modelowe dla wybranej próbki Ÿródeł. W modelu chcemy zawrzeć nowe pomysły wynikające z naszych obecnych przemyśleń, ale także rozwinąć szereg obiecujących idei zaproponowanych w literaturze i/lub wypracowanych wczeœniej w naszym zespole. Nowe, wcześniej niedostępne dane obserwacyjne uzyskane w obszarze astrofizyki wysokich energii w ciągu ostatniej dekady stawiają pod znakiem zapytania szereg dobrze "zakotwiczonych" w literaturze modeli i ogólnie akceptowalnych paradygmatów odnośnie procesów fizycznych kształtujących strukturę dżetu. Dla przykładu odkrycie w kilku blazarach ultraszybkich zmian strumienia w zakresie TeV, czy brak jakiegokolwiek stałego wzorca zmienności dla związków pomiędzy różnymi zakresami widma w większości badanych obiektów tego typu, poddaje w wątpliwość stosowanie wewnętrznych fal uderzeniowych jako jedynych/głównych Ÿródeł przyspieszania cząstek odpowiedzialnych za obserwowaną emisję. Równocześnie, w ostatnich latach można zauważyć znaczące postępy w badaniach teoretycznych relatywistycznej plazmy kosmicznej, co zachęca nas do podjęcia próby budowy ulepszonego współczesnego modelu astrofizycznych dżetów z uwzględnieniem wpływu ich struktury wewnętrznej i zachodzących w nim procesów dyssypacji energii na obserwowaną strukturę. W planowanych badaniach zamierzamy skoncentrować się w szczególności na uwzględnieniu procesów akceleracji cząstek zachodzących w obszarach rekoneksji pola magnetycznego oraz w stochastycznym procesie przyśpieszania Fermiego w relatywistycznej turbulencji MHD, jak również na poprawnym opisie roli relatywistycznych fal uderzeniowych. W tym aspekcie planujemy też serię prac teoretycznych badających zaangażowane w rozważaniach procesy fizyczne, oraz - prowadzone równolegle – badania obserwacyjne analizowanych zjawisk w szerokim zakresie częstości. Badania proponowane w obecnym projekcie obejmują następujące zagadnienia: 1. Globalna struktura relatywistycznych namagnetyzowanych dżetów astrofizycznych, ich generacja z obszarów rotującego dysku akrecyjnego i centralnej czarnej dziury. W analizie położony zostanie nacisk na zrozumienie niestacjonarnego charakteru badanych wypływów i cykli aktywności ich Ÿródeł. 2. Fenomenologia obserwowanej zmienności promieniowania dżetu w całym obserwowanym zakresie widma elektromagnetycznego, od fal radiowych do promieniowania gamma VHE, w dostępnych do analizy skalach czasowych. Dla wybranych obiektów "precyzyjne" wyznaczanie widm cząstek i ich zmian czasowych z analizy gromadzonych szeroko-częstotliwościowych obserwacji . 3. Sterowane fenomenologią badania procesów dyssypacji energii kinetycznej relatywistycznego dżetu i związanej z nimi akceleracji cząstek, obejmujące modelowanie generowanych widm cząstek i procesów emisji, konfrontowane i ograniczone danymi obserwacyjnymi. Określenie fizycznych ograniczeń na rolę przyspieszania Fermiego I i II rzędu w takich procesach, a także badanie akceleracji cząstek w obszarach relatywistycznej turbulencji MHD. 4. Rola procesu relatywistycznej rekoneksji pola magnetycznego w dżetach astrofizycznych, obejmującego przyśpieszanie cząstek, grzanie plazmy dżetu, i generację turbulencji, a także zaburzanie struktury prędkości dżetu przez tworzenie szybkich zwartych wypływów (ang. "mini-jets"). 5. Budowa syntetycznego obrazu zjawiska relatywistycznego dżetu w różnych obiektach astrofizycznych, obejmujących przykładowo zwarte układy podwójne gwiazd, kolapsujące ultra-masywne gwiazdy dla błysków promieniowania gamma, czy aktywne jądra galaktyk.


Stosowane metody badawcze


Nowatorskość proponowanego tu podejścia, mającego na celu dokonanie znaczącego postępu w zrozumieniu zjawiska relatywistycznego dżetu, polega na zastosowaniu przez zespół o szerokim zakresie kompetencji integralnego podejścia, angażującego równoczesne badania obserwacyjne i analizy teoretyczne. Prace bedą skupione przede wszystkim na modelowaniu różnych procesów akceleracji cząstek w relatywistycznych, silnie namagnetyzowanych dżetach. W projekcie zamierzamy stosować techniki i metody badawcze dobrze przetestowane przez nas w dotychczasowych pracach, stosujących z jednej strony standardowe procedury przy redukcji danych obserwacyjnych i ich analizie, a z drugiej zarówno rachunki analityczne jak i modelowanie numeryczne (MHD, symulacje Monte Carlo i kinetyczne PIC) w pracach teoretycznych. Kolejnym ważnym elementem planowanych prac jest sięganie w jak najszerszej skali do równoczesnych obserwacji w szerokim zakresie widma elektromagnetycznego, wymaganie krytyczne dla możliwości testowania i ewentualnej falsyfikacji badanych modeli ze zmiennym strumieniem emisji. Nasza istniejąca od wielu już lat współpraca z wiodącymi ośrodkami i badaczami na świecie znacznie wzmocni efektywność planowanych tu badań.


Wpływ rezultatów projektu na naukę światową


Pełne powodzenie obecnego projektu doprowadziło by do przełomu w zrozumieniu struktury fizycznej szerokiej klasy obiektów astrofizycznych zawierających relatywistyczne dżety. W bardziej prawdopodobnym przy obecnym stanie badań i możliwościach obserwacyjnych na Ziemi częściowym sukcesie spodziewamy się w wyniku realizacji projektu znacznych postępów w zrozumieniu szeregu aspektów fizyki relatywistycznych dżetów, zwłaszcza tych związanych z rolą różnych, słabo dotąd zbadanych procesów akceleracji cząstek. W każdym przypadku prowadzone prace będą miały znaczący wpływ na naukę światową, bo bez wątpliwości doprowadzą do jednoznacznej falsyfikacji szeregu historycznych pojęć odnośnie fizyki dżetów i zapewne wprowadza w ich miejsce nowe paradygmaty. Proponowane tu integralne podejście do badań powinno prowadzić do utworzenia/umocnienia nowego światowego standardu dla takich analiz.


Pionierski charakter planowanych badań


Pionierski charakter obecnych badań polega m.in. na próbie wypracowania nowego integralnego modelu relatywistycznego dżetu w oparciu szeroką i równoczesną analizę teoretyczną i obserwacyjną, i o nowe idee wypracowane w trakcie realizacji projektu, co było by fundamentalnym wkładem do astrofizyki. Żaden z istniejących dotąd modeli nie jest w stanie wyjaśnić w ramach jednorodnego scenariusza bogactwa zgromadzonych danych obserwacyjnych i stad niewątpliwa potrzeba podjęcia planowanych tu badań. Pionierskie w obecnym projekcie jest też samo podejście angażujące w jednym współpracującym blisko zespole kilku światowej klasy astrofizyków, z szerokimi, ale nie pokrywającymi się kompetencjami w zakresie astrofizyki relatywistycznej i astrofizyki wysokich energii.





Back