Teraz vieme, prečo trysky čiernych dier vytvárajú vysokoenergetické žiarenie

Aktívne galaktické jadrá, ktoré poháňajú supermasívne čierne diery, sú najžiarivejšie objekty vo vesmíre. Svetlo je generované prúdmi materiálu vyvrhnutými takmer rýchlosťou svetla z okolitej atmosféry čiernej diery. Vo väčšine prípadov sa tieto aktívne galaktické jadrá nazývajú kvazary. Ale v zriedkavých prípadoch, keď je jeden z prúdov orientovaný priamo na Zem, sa nazývajú blazary a vyzerajú jasne.

Zatiaľ čo všeobecné náčrty fungovania blazara boli vypracované, mnohé detaily sú zle pochopené, vrátane toho, ako rýchlo sa pohybujúci materiál generuje toľko svetla. Teraz sa výskumníci obrátili na nové vesmírne observatórium s názvom Zobrazovanie X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) Smerom k jednému z najjasnejších blazarov na oblohe. Údaje z tohto a ďalších pozorovaní spolu naznačujú, že svetlo vzniká, keď čierna diera narazí na pomaly sa pohybujúci materiál.

prúd a svetlo

IXPE sa špecializuje na detekciu polarizácie vysokoenergetických fotónov – orientáciu kmitov v elektrickom poli svetla. Informácie o polarizácii nám môžu povedať niečo o procesoch, ktoré vytvárajú fotóny. Napríklad fotóny generované v turbulentnom prostredí budú mať v podstate náhodnú polarizáciu, zatiaľ čo štruktúrovanejšie prostredie bude produkovať fotóny s obmedzenou polarizáciou. Svetlo, ktoré prechádza materiálmi alebo magnetickými poľami, môže tiež zmeniť svoju polarizáciu.

To sa ukazuje ako užitočné pri štúdiu blazarov. Vysokoenergetické fotóny emitované z týchto objektov sú generované nabitými časticami v prúde. Keď tieto objekty zmenia svoj smer alebo spomalia, uvoľnia energiu vo forme fotónov. Keďže sa pohybujú rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, majú veľa energie na uvoľnenie, čo spôsobuje, že blazary vyžarujú v celom spektre od rádiových vĺn až po gama lúče, ktoré môžu napriek niektorým z týchto energií vydržať miliardy rokov. zostať v červeného posunu.

Otázkou teda je, čo spôsobuje redukciu týchto častíc. Existujú dve hlavné myšlienky. Jedným z nich je, že prostredie v prúde je turbulentné, s chaotickými hromadami materiálu a magnetickými poľami. To minimalizuje častice a chaotické prostredie by znamenalo, že polarizácia sa stáva do značnej miery náhodnou.

Alternatívne nápady zahŕňajú rázovú vlnu, kde materiál z prúdu naráža do pomalšie sa pohybujúceho materiálu a sám sa spomaľuje. Toto je relatívne usporiadaný proces a vytvára polarizáciu, ktorá je relatívne obmedzená v dosahu a výraznejšia pri vyšších energiách.

zadajte ixpe

Nový súbor pozorovaní IXPE je koordinovaná kampaň na zaznamenanie blazara Markariana 501 pomocou rôznych teleskopov zachytávajúcich polarizáciu na dlhších vlnových dĺžkach, pričom sa spracovávajú fotóny s najvyššou energiou. Okrem toho vedci prehľadali archívy niekoľkých observatórií, aby získali skoršie pozorovania Markariana 501, čo im umožnilo určiť, či je polarizácia stabilná v priebehu času.

Celkovo v celom spektre od rádiových vĺn po gama lúče boli namerané polarizácie od seba v rozmedzí niekoľkých stupňov. V priebehu času bol tiež stabilný a jeho zarovnanie sa zvýšilo pri vyšších energiách fotónov.

Stále existuje mierna odchýlka v polarizácii, čo naznačuje, že v mieste zrážky je nejaká relatívne malá porucha, čo vlastne nie je prekvapujúce. Je však oveľa menej neusporiadaný, ako by ste očakávali od turbulentného materiálu so zložitým magnetickým poľom.

Aj keď tieto výsledky poskytujú lepšie pochopenie toho, ako čierne diery vytvárajú svetlo, proces v konečnom dôsledku závisí od produkcie výtryskov veľmi blízko čiernej diery. Ako tieto výtrysky vznikajú, stále nie je úplne pochopené, takže ľudia študujúci astrofyziku čiernych dier majú dôvod vrátiť sa po prázdninovom víkende do práce.

Príroda2022. DOI: 10.1038/S41586-022-05338-0 ,O DOI,