Ma már tudjuk, miért bocsátanak ki nagy energiájú sugárzást a feketelyuk-sugárzók

Az aktív galaktikus atommagok, amelyeket a bennük található szupermasszív fekete lyukak táplálnak, a világegyetem legfényesebb objektumai. A fény olyan anyagsugarakból származik, amelyek közel fénysebességgel lövik ki a fekete lyuk körüli környezetből. A legtöbb esetben ezeket az aktív galaktikus magokat kvazároknak nevezik. De ritka esetekben, amikor az egyik sugár közvetlenül a Földre irányul, blézárnak nevezik, és sokkal fényesebbnek tűnik.

Noha a blazár működésének általános vázlata kidolgozásra került, sok részlet még mindig rosszul ismert, beleértve azt is, hogy a gyorsan mozgó anyag milyen sok fényt generál. A kutatók most egy új űrobszervatóriumot alakítottak át Polarizing X-ray Imaging Explorer (IXPE) az égbolt egyik legfényesebb lángja felé. Összességében az ebből származó adatok és más megfigyelések azt mutatják, hogy a fény akkor keletkezik, amikor a fekete lyuk sugarai lassan mozgó anyaggal ütköznek.

Repülők és fény

Az IXPE a nagyenergiájú fotonok polarizációjának észlelésére specializálódott – a rezgések iránya a fény elektromos mezőjében. A polarizációs információ elárulhat valamit a fotonokat létrehozó folyamatokról. Például a rendezetlen környezetből származó fotonok lényegében véletlenszerű polarizációval rendelkeznek, míg egy rendezettebb környezet hajlamos arra, hogy korlátozott polarizációs tartományú fotonokat állítson elő. Az anyagokon vagy mágneses mezőkön áthaladó fény szintén megváltoztathatja a polarizációját.

Ez hasznosnak bizonyult a blézárok tanulmányozásában. A nagy energiájú fotonokat, amelyeket ezek a tárgyak bocsátanak ki, a sugárban lévő töltött részecskék generálják. Amikor ezek az objektumok pályájukat megváltoztatják vagy lelassulnak, energiát kell feladniuk fotonok formájában. Mivel közel a fénysebességgel mozognak, sok energiát kell feladniuk, ami lehetővé teszi, hogy a blézárok a rádióhullámoktól a gamma-sugarakig a teljes spektrumban kisugározzanak – ez utóbbiak egy része ezen az energián marad a több milliárd éves vöröseltolódás ellenére. .

Tehát a kérdés az, hogy mi okozza ezeknek a részecskéknek a lelassulását. Két vezető ötlet van. Az egyik ilyen tényező az, hogy a légi járművek környezete turbulens, kaotikus anyag- és mágneses mezőkkel. Ez a részecskék lelassulását okozza, és a kaotikus környezet azt jelenti, hogy a polarizáció nagyrészt véletlenszerűvé válik.

Egy alternatív ötlet egy lökéshullám, ahol a fúvókákból származó anyag lassan mozgó anyaggal ütközik, lelassítva azt. Ez egy viszonylag rendezett folyamat, viszonylag sávkorlátozott polarizációt hoz létre, amely nagyobb energiáknál hangsúlyosabbá válik.

Írja be az IXPE kódot

Az új megfigyelési sorozat egy összehangolt kampány a Blazar Markarian 501 rögzítésére, különféle teleszkópok segítségével, amelyek hosszabb hullámhosszon rögzítik a polarizációt, és az IXPE kezeli a legnagyobb energiájú fotonokat. Ezenkívül a kutatók több obszervatórium archívumában is átkutatták a Markarian 501 korábbi megfigyeléseit, amelyek lehetővé tették számukra annak megállapítását, hogy a polarizáció stabil volt-e az idő múlásával.

Általánosságban elmondható, hogy a rádióhullámoktól a gamma-sugárzásig terjedő teljes spektrumban a mért polarizáció néhány fokon belül volt egymástól. Idővel stabil is volt, és magasabb fotonenergiáknál nőtt az igazodása.

Még mindig van egy kis eltérés a polarizációban, ami viszonylag enyhe perturbációt jelez az ütközés helyén, ami nem igazán meglepő. De sokkal kevésbé turbulens, mint az összetett mágneses terekkel rendelkező turbulens anyagoktól elvárható.

Bár ezek az eredmények jobb megértést adnak arról, hogy a fekete lyukak hogyan termelnek fényt, ez a folyamat végső soron a fekete lyuk közelében előforduló fúvókák keletkezésétől függ. Még mindig nem igazán érthető, hogyan alakulnak ki ezek a fúvókák, így azoknak, akik fekete lyuk asztrofizikát tanulnak, még mindig van okuk arra, hogy a hétvége után újra munkába álljanak.

természet2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (A DOI-król).