Știm acum de ce jeturile cu găuri negre emit radiații de înaltă energie

Nucleele galactice active, alimentate de găurile negre supermasive pe care le conțin, sunt cele mai strălucitoare obiecte din univers. Lumina provine din jeturi de material care sunt aruncate cu viteza aproape luminii din mediul din jurul găurii negre. În cele mai multe cazuri, aceste nuclee galactice active se numesc quasari. Dar în rare ocazii în care unul dintre avioane este îndreptat direct spre Pământ, se numește blazar și pare mult mai strălucitor.

În timp ce schița generală a modului în care funcționează blazarul a fost elaborată, multe detalii sunt încă puțin înțelese, inclusiv modul în care materia care se mișcă rapid generează atât de multă lumină. Acum, cercetătorii au transformat un nou observator spațial numit Explorator de imagini cu raze X polarizante (IXPE) spre una dintre cele mai strălucitoare flăcări de pe cer. Luate împreună, datele din aceasta și alte observații indică faptul că lumina este produsă atunci când jeturile de găuri negre se ciocnesc cu materia care se mișcă lentă.

Avioane și lumină

IXPE este specializată în detectarea polarizării fotonilor de înaltă energie – direcția vibrațiilor în câmpul electric al luminii. Informațiile de polarizare ne pot spune ceva despre procesele care au creat fotonii. De exemplu, fotonii care provin dintr-un mediu dezordonat vor avea polarizări în esență aleatorii, în timp ce un mediu mai ordonat tinde să producă fotoni cu o gamă limitată de polarizări. Lumina care trece prin materiale sau câmpuri magnetice își poate schimba și polarizarea.

Acest lucru s-a dovedit a fi util în studiul blazarilor. Fotonii de înaltă energie pe care îi emit aceste obiecte sunt generați de particulele încărcate din jeturi. Când aceste obiecte își schimbă traiectoria sau încetinesc, ele trebuie să renunțe la energie sub formă de fotoni. Deoarece se mișcă aproape de viteza luminii, au o mulțime de energie la care să renunțe, permițând blazarilor să emită pe întregul spectru de la unde radio la raze gamma – unele dintre acestea din urmă rămânând la acele energii în ciuda miliardelor de ani de deplasare spre roșu. .

Deci, întrebarea devine atunci ce cauzează încetinirea acestor particule. Există două idei conducătoare. Un astfel de factor este că mediul din aeronave este turbulent, cu acumulări haotice de material și câmpuri magnetice. Acest lucru face ca particulele să încetinească, iar un mediu haotic va însemna că polarizarea devine în mare parte aleatorie.

O idee alternativă implică o undă de șoc, în care materialul din jeturi se ciocnește cu materialul care se mișcă lentă, încetinind-o. Acesta este un proces relativ ordonat, producând o polarizare relativ limitată la bandă, care devine mai pronunțată la energii mai mari.

Introduceți IXPE

Noul set de observații este o campanie coordonată de înregistrare a Blazar Markarian 501 folosind o varietate de telescoape care captează polarizarea la lungimi de undă mai mari, IXPE tratând fotonii de cea mai mare energie. În plus, cercetătorii au căutat în arhivele mai multor observatoare pentru observații anterioare ale Markarian 501, ceea ce le-a permis să determine dacă polarizarea a fost stabilă în timp.

În general, pe întregul spectru de la unde radio la raze gamma, polarizările măsurate au fost la câteva grade una de cealaltă. De asemenea, a fost stabil în timp, iar alinierea sa a crescut la energii fotonice mai mari.

Există încă o mică diferență de polarizare, ceea ce indică o perturbare relativ ușoară la locul coliziunii, ceea ce nu este cu adevărat o surpriză. Dar este mult mai puțin turbulent decât v-ați aștepta de la materia turbulentă cu câmpuri magnetice complexe.

În timp ce aceste rezultate oferă o mai bună înțelegere a modului în care găurile negre produc lumină, acest proces depinde în cele din urmă de producția de jeturi, care apar în apropierea găurii negre. Cum se formează aceste jeturi nu este încă înțeles cu adevărat, așa că oamenii care studiază astrofizica găurilor negre au încă motive să se întoarcă la muncă după weekend.

natură2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (Despre DOI).