Сада знамо зашто млазови црних рупа емитују високоенергетско зрачење

Активна галактичка језгра, напајана супермасивним црним рупама које садрже, најсјајнији су објекти у универзуму. Светлост потиче од млазова материјала који се избацују скоро брзином светлости из околине око црне рупе. У већини случајева, ова активна галактичка језгра се називају квазари. Али у ретким случајевима када је један од млазова усмерен директно на Земљу, назива се блазар и изгледа много светлије.

Док је општи нацрт начина на који блазар функционише разрађен, многи детаљи су још увек слабо схваћени, укључујући и како материја која се брзо креће генерише толико светлости. Сада су истраживачи претворили нову свемирску опсерваторију под називом Поларизинг Кс-раи Имагинг Екплорер (ИКСПЕ) према једном од најсјајнијих пламенова на небу. Узети заједно, подаци из њега и друга запажања указују на то да се светлост производи када се млазови црне рупе сударе са материјом која се споро креће.

Авиони и светлост

ИКСПЕ је специјализован за откривање поларизације високоенергетских фотона – правца вибрација у електричном пољу светлости. Информације о поларизацији могу нам рећи нешто о процесима који су створили фотоне. На пример, фотони који потичу из неуређеног окружења ће имати у суштини насумичне поларизације, док уређеније окружење тежи да производи фотоне са ограниченим опсегом поларизације. Светлост која пролази кроз материјале или магнетна поља такође може променити своју поларизацију.

Ово се показало корисним у проучавању блазара. Високоенергетски фотони које ови објекти емитују настају од наелектрисаних честица у млазовима. Када ови објекти промене путању или успоре, морају да се одрекну енергије у облику фотона. Пошто се крећу брзином блиском брзини светлости, имају много енергије да одустану, дозвољавајући блазарима да емитују читав спектар од радио таласа до гама зрака – неки од последњих остају на тим енергијама упркос милијардама година црвеног помака .

Дакле, онда се поставља питање шта узрокује успоравање ових честица. Постоје две водеће идеје. Један од таквих фактора је да је окружење у авиону турбулентно, са хаотичним акумулацијама материјала и магнетних поља. Ово узрокује успоравање честица, а хаотично окружење ће значити да поларизација постаје углавном насумична.

Алтернативна идеја укључује ударни талас, где се материјал из млазњака судара са материјалом који се споро креће, успоравајући га. Ово је релативно уредан процес, који производи релативно ограничену поларизацију која постаје израженија при вишим енергијама.

Унесите ИКСПЕ

Нови скуп запажања је координирана кампања за снимање Блазар Маркариан 501 коришћењем разних телескопа који хватају поларизацију на дужим таласним дужинама, при чему ИКСПЕ рукује фотонима највеће енергије. Поред тога, истраживачи су претражили архиве неколико опсерваторија за ранија запажања Маркаријана 501, што им је омогућило да утврде да ли је поларизација била стабилна током времена.

Уопштено говорећи, у читавом спектру од радио таласа до гама зрака, измерене поларизације су биле унутар неколико степени једна од друге. Такође је био стабилан током времена, а његово поравнање се повећавало при вишим енергијама фотона.

Још увек постоји мала разлика у поларизацији, што указује на релативно малу пертурбацију на месту судара, што и није изненађење. Али он је много мање турбулентан него што бисте очекивали од турбулентне материје са сложеним магнетним пољима.

Иако ови резултати пружају боље разумевање како црне рупе производе светлост, овај процес на крају зависи од производње млазова, који се јављају у близини црне рупе. Како се ови млазњаци формирају, још увек није јасно, тако да људи који проучавају астрофизику црних рупа и даље имају разлога да се врате на посао после викенда.

природа2022. ДОИ: 10.1038 / с41586-022-05338-0 (О ДОИ).