Вече знаем защо струите на черни дупки излъчват високоенергийно лъчение

Активните галактически ядра, захранвани от свръхмасивните черни дупки, които съдържат, са най-ярките обекти във Вселената. Светлината произлиза от струи материал, които се изхвърлят с почти скоростта на светлината от околната среда около черната дупка. В повечето случаи тези активни галактически ядра се наричат ​​квазари. Но в редки случаи, когато една от струите е насочена директно към Земята, тя се нарича блазар и изглежда много по-ярка.

Въпреки че общата схема на това как работи блазарът е разработена, много подробности все още не са разбрани, включително как бързо движещата се материя генерира толкова много светлина. Сега изследователите са превърнали нова космическа обсерватория, наречена Изследовател на поляризиращи рентгенови изображения (IXPE) към един от най-ярките пламъци в небето. Взети заедно, данните от него и други наблюдения показват, че светлината се произвежда, когато струи на черна дупка се сблъскат с бавно движеща се материя.

Самолети и светлина

IXPE е специализирана в откриването на поляризацията на високоенергийни фотони – посоката на вибрациите в електрическото поле на светлината. Информацията за поляризацията може да ни каже нещо за процесите, които са създали фотоните. Например, фотоните, произхождащи от неподредена среда, ще имат по същество произволни поляризации, докато по-подредената среда има тенденция да произвежда фотони с ограничен диапазон от поляризации. Светлината, преминаваща през материали или магнитни полета, също може да промени поляризацията си.

Доказано е, че това е полезно при изследването на блазарите. Високоенергийните фотони, които тези обекти излъчват, се генерират от заредените частици в струите. Когато тези обекти променят траекторията си или се забавят, те трябва да отделят енергия под формата на фотони. Тъй като се движат със скорост, близка до скоростта на светлината, те имат голямо количество енергия за отдаване, което позволява на блазарите да излъчват в целия спектър от радиовълни до гама лъчи – някои от последните остават на тези енергии въпреки милиарди години червено отместване.

И така, въпросът тогава става какво кара тези частици да се забавят. Две са водещите идеи. Един такъв фактор е, че средата в самолета е турбулентна, с хаотични натрупвания на материал и магнитни полета. Това кара частиците да се забавят и хаотичната среда ще означава, че поляризацията става до голяма степен случайна.

Алтернативна идея включва ударна вълна, при която материал от струите се сблъсква с бавно движещ се материал, забавяйки го. Това е сравнително подреден процес, произвеждащ сравнително ограничена в лентата поляризация, която става по-изразена при по-високи енергии.

Въведете IXPE

Новият набор от наблюдения е координирана кампания за записване на Blazar Markarian 501 с помощта на различни телескопи, които улавят поляризация при по-дълги дължини на вълните, като IXPE обработва фотони с най-висока енергия. В допълнение, изследователите претърсиха архивите на няколко обсерватории за по-ранни наблюдения на Markarian 501, което им позволи да определят дали поляризацията е стабилна във времето.

Като цяло, в целия спектър от радиовълни до гама лъчи, измерените поляризации бяха в рамките на няколко градуса една от друга. Той също беше стабилен с течение на времето и подравняването му се увеличи при по-високи фотонни енергии.

Все още има малка разлика в поляризацията, което показва относително малко смущение на мястото на сблъсък, което всъщност не е изненада. Но тя е много по-малко турбулентна, отколкото бихте очаквали от турбулентна материя със сложни магнитни полета.

Въпреки че тези резултати осигуряват по-добро разбиране за това как черните дупки произвеждат светлина, този процес в крайна сметка зависи от производството на струи, които се появяват близо до черната дупка. Как се образуват тези струи все още не е напълно разбрано, така че хората, които изучават астрофизика на черните дупки, все още имат причина да се върнат на работа след уикенда.

природа2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (Относно DOI).