Τώρα γνωρίζουμε γιατί οι πίδακες μαύρης τρύπας εκπέμπουν ακτινοβολία υψηλής ενέργειας

Οι ενεργοί γαλαξιακές πυρήνες, που τροφοδοτούνται από τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που περιέχουν, είναι τα φωτεινότερα αντικείμενα στο σύμπαν. Το φως προέρχεται από πίδακες υλικού που εκτοξεύονται με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός από το περιβάλλον γύρω από τη μαύρη τρύπα. Στις περισσότερες περιπτώσεις, αυτοί οι ενεργοί γαλαξιακές πυρήνες ονομάζονται κβάζαρ. Αλλά σε σπάνιες περιπτώσεις όπου ένας από τους πίδακες είναι στραμμένος απευθείας στη Γη, ονομάζεται blazar και φαίνεται πολύ πιο φωτεινός.

Ενώ το γενικό περίγραμμα του πώς λειτουργεί το blazar έχει επεξεργαστεί, πολλές λεπτομέρειες εξακολουθούν να είναι ελάχιστα κατανοητές, συμπεριλαμβανομένου του πόσο γρήγορα κινούμενη ύλη παράγει τόσο πολύ φως. Τώρα, οι ερευνητές έχουν μετατρέψει ένα νέο διαστημικό παρατηρητήριο που ονομάζεται Εξερεύνηση πολωτικής απεικόνισης ακτίνων Χ (IXPE) προς μια από τις πιο λαμπερές φλόγες στον ουρανό. Συνολικά, τα δεδομένα από αυτό και άλλες παρατηρήσεις δείχνουν ότι το φως παράγεται όταν οι πίδακες μαύρης τρύπας συγκρούονται με αργή ύλη.

Αεροπλάνα και φως

Η IXPE ειδικεύεται στην ανίχνευση της πόλωσης φωτονίων υψηλής ενέργειας – την κατεύθυνση των δονήσεων στο ηλεκτρικό πεδίο του φωτός. Οι πληροφορίες πόλωσης μπορούν να μας πουν κάτι για τις διαδικασίες που δημιούργησαν τα φωτόνια. Για παράδειγμα, τα φωτόνια που προέρχονται από ένα διαταραγμένο περιβάλλον θα έχουν ουσιαστικά τυχαίες πολώσεις, ενώ ένα πιο διατεταγμένο περιβάλλον τείνει να παράγει φωτόνια με περιορισμένο εύρος πόλωσης. Το φως που διέρχεται από υλικά ή μαγνητικά πεδία μπορεί επίσης να αλλάξει την πόλωσή του.

Αυτό έχει αποδειχθεί χρήσιμο στη μελέτη των blazars. Τα υψηλής ενέργειας φωτόνια που εκπέμπουν αυτά τα αντικείμενα δημιουργούνται από τα φορτισμένα σωματίδια στους πίδακες. Όταν αυτά τα αντικείμενα αλλάζουν τροχιά ή επιβραδύνουν, πρέπει να εγκαταλείψουν ενέργεια με τη μορφή φωτονίων. Επειδή κινούνται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός, έχουν πολλή ενέργεια να εγκαταλείψουν, επιτρέποντας στα blazar να εκπέμπουν σε ολόκληρο το φάσμα από τα ραδιοκύματα έως τις ακτίνες γάμμα – μερικά από τα τελευταία παραμένουν σε αυτές τις ενέργειες παρά τα δισεκατομμύρια χρόνια μετατόπιση στο κόκκινο.

Έτσι, το ερώτημα είναι τι προκαλεί την επιβράδυνση αυτών των σωματιδίων. Υπάρχουν δύο βασικές ιδέες. Ένας τέτοιος παράγοντας είναι ότι το περιβάλλον στα αεροσκάφη είναι ταραχώδες, με χαοτικές συσσωρεύσεις υλικών και μαγνητικών πεδίων. Αυτό προκαλεί την επιβράδυνση των σωματιδίων και ένα χαοτικό περιβάλλον θα σημαίνει ότι η πόλωση γίνεται σε μεγάλο βαθμό τυχαία.

Μια εναλλακτική ιδέα περιλαμβάνει ένα ωστικό κύμα, όπου το υλικό από τους πίδακες συγκρούεται με αργά κινούμενο υλικό, επιβραδύνοντάς το. Αυτή είναι μια σχετικά τακτική διαδικασία, που παράγει μια σχετικά περιορισμένη ζώνη πόλωση που γίνεται πιο έντονη σε υψηλότερες ενέργειες.

Εισαγάγετε IXPE

Το νέο σύνολο παρατηρήσεων είναι μια συντονισμένη εκστρατεία για την καταγραφή του Blazar Markarian 501 χρησιμοποιώντας μια ποικιλία τηλεσκοπίων που καταγράφουν την πόλωση σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, με το IXPE να χειρίζεται τα φωτόνια υψηλότερης ενέργειας. Επιπλέον, οι ερευνητές έψαξαν στα αρχεία πολλών παρατηρητηρίων για παλαιότερες παρατηρήσεις του Markarian 501, κάτι που τους επέτρεψε να προσδιορίσουν εάν η πόλωση ήταν σταθερή με την πάροδο του χρόνου.

Γενικά, σε όλο το φάσμα από τα ραδιοκύματα έως τις ακτίνες γάμμα, οι μετρούμενες πολώσεις ήταν σε απόσταση λίγων μοιρών μεταξύ τους. Ήταν επίσης σταθερό με την πάροδο του χρόνου και η ευθυγράμμισή του αυξήθηκε σε υψηλότερες ενέργειες φωτονίων.

Υπάρχει ακόμα μια μικρή διαφορά στην πόλωση, η οποία δείχνει σχετικά μικρή διαταραχή στο σημείο της σύγκρουσης, κάτι που δεν αποτελεί έκπληξη. Αλλά είναι πολύ λιγότερο τυρβώδες από ό,τι θα περιμένατε από τυρβώδη ύλη με πολύπλοκα μαγνητικά πεδία.

Ενώ αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι μαύρες τρύπες παράγουν φως, αυτή η διαδικασία τελικά εξαρτάται από την παραγωγή πίδακες, που συμβαίνουν κοντά στη μαύρη τρύπα. Ο τρόπος με τον οποίο σχηματίζονται αυτοί οι πίδακες δεν είναι ακόμα πραγματικά κατανοητός, επομένως οι άνθρωποι που μελετούν την αστροφυσική της μαύρης τρύπας εξακολουθούν να έχουν λόγους να επιστρέψουν στη δουλειά μετά το Σαββατοκύριακο.

φύση2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (Σχετικά με τα DOI).