W końcu wiemy, jak czarne dziury wytwarzają najjaśniejsze światło we wszechświecie: ScienceAlert

Na coś, co nie emituje światła Możemy to odkryći czarne dziury Po prostu uwielbiają zanurzać się w blasku.

W rzeczywistości część najjaśniejszego światła we wszechświecie pochodzi z supermasywnych czarnych dziur. Cóż, właściwie nie same czarne dziury; Jest to materia wokół nich, ponieważ aktywnie rozpraszają ogromne ilości materii ze swojego najbliższego otoczenia.

Wśród najjaśniejszych z tych wirujących pływaków gorącej materii są galaktyki znane jako blazary. Nie tylko świecą ciepłem powłoki wirowej, ale także kierują materię w „rozbłyskujące” wiązki, które przemieszczają się po wszechświecie, emitując promieniowanie elektromagnetyczne o energiach trudnych do zrozumienia.

Naukowcy wreszcie odkryli mechanizm wytwarzania niesamowitego, wysokoenergetycznego światła, które dociera do nas miliardy lat temu: wstrząsy w Czarna dziuraStrumienie, które przyspieszają cząstki do zdumiewających prędkości.

„To rozwiązana 40-letnia tajemnica” mówi astronom Yannis Lioudakis Fińskie Centrum Astronomii z ESO (FINCA). „W końcu udało nam się zebrać wszystkie elementy układanki, a obraz, który namalowali, był wyraźny”.

Większość galaktyk we wszechświecie zbudowana jest wokół supermasywnej czarnej dziury. Te zadziwiająco duże obiekty znajdują się w centrum galaktyki, czasami robiąc bardzo mało (np łuk a*czarna dziura w sercu Drogi Mlecznej), a czasami robi to za dużo.

Ta czynność składa się z materiału skumulowanego. Ogromna chmura gromadzi się w dysku równikowym wokół czarnej dziury i obraca się wokół niej woda wokół odpływu. Oddziaływania tarcia i grawitacji w ekstremalnej przestrzeni otaczającej czarną dziurę powodują, że materia nagrzewa się i świeci jasno w całym zakresie długości fal. To jedno ze źródeł światła czarnej dziury.

Drugi – który rozgrywa się w blazarach – to bliźniacze dżety materii wystrzelone z obszarów polarnych poza czarną dziurą, prostopadle do dysku. Uważa się, że dżety te są materiałami z wewnętrznej krawędzi dysku i zamiast spadać w kierunku czarnej dziury, są przyspieszane wzdłuż zewnętrznych linii pola magnetycznego do biegunów, gdzie są wystrzeliwane z bardzo dużymi prędkościami, bliskimi prędkości światła.

Aby sklasyfikować galaktykę jako plac, dżety te muszą być skierowane niemal bezpośrednio na widza. To my na Ziemi. Dzięki intensywnemu przyspieszeniu cząstek świecą one światłem w całym spektrum elektromagnetycznym, w tym w wysokoenergetycznych promieniach gamma i rentgenowskich.

Dokładny sposób, w jaki ten dżet przyspiesza cząstki do tak dużych prędkości, przez dziesięciolecia był gigantycznym kosmologicznym znakiem zapytania. Ale teraz jest nowy, potężny teleskop rentgenowski o nazwie Polarimetry Explorer (X-ray Imaging Explorer).IXPE), który wystrzelono w grudniu 2021 r., naukowcy posiadają klucz do rozwiązania zagadki. Jest to pierwszy teleskop kosmiczny, który wykrywa kierunek lub polaryzację promieniowania rentgenowskiego.

„Pierwsze pomiary polaryzacji rentgenowskiej tej klasy źródeł pozwoliły po raz pierwszy na bezpośrednie porównanie z modelami opracowanymi na podstawie obserwacji innych częstotliwości światła, od radiowych po bardzo wysokoenergetyczne promienie gamma” mówi astronom Immaculata Donnarumma Włoska Agencja Kosmiczna.

IXPE został przekonwertowany na Najjaśniejszy wysokoenergetyczny obiekt Na naszym niebie plezar o nazwie Markarian 501, znajdujący się 460 milionów lat świetlnych stąd, w gwiazdozbiorze Herkulesa. Przez sześć dni w marcu 2022 roku teleskop zbierał dane dotyczące promieniowania rentgenowskiego emitowanego przez samolot Blazar.

W tym samym czasie inne obserwatoria mierzyły światło z innych zakresów długości fal, od radiowych po optyczne, które wcześniej były jedynymi dostępnymi danymi dla Markarian 501.

Zespół wkrótce zauważył dziwną różnicę w świetle rentgenowskim. Ich orientacja była znacznie bardziej skośna lub spolaryzowana niż przy długościach fal o niższej energii. Światło optyczne było bardziej spolaryzowane niż częstotliwości radiowe.

Jednak kierunek polaryzacji był taki sam dla wszystkich długości fal i wyrównany z kierunkiem płaszczyzny. Zespół odkrył, że jest to zgodne z modelami, w których wstrząsy w samolocie wytwarzają fale uderzeniowe, które zapewniają dodatkowe przyspieszenie wzdłuż odrzutowca. Bliżej wstrząsu to przyspieszenie jest najwyższe, wytwarzając promieniowanie rentgenowskie. Wzdłuż płaszczyzny cząstki tracą energię, co powoduje emisję światła o niższej energii, a następnie emisję radiową, z mniejszą polaryzacją.

„Kiedy fala uderzeniowa przecina region, pole magnetyczne staje się silniejsze, a energia cząstek wzrasta” mówi astronom Alan Marcher z Uniwersytetu Bostońskiego. „Energia pochodzi z energii kinetycznej materiału tworzącego falę uderzeniową”.

Nie jest jasne, dlaczego występują wstrząsy, ale jednym z możliwych mechanizmów jest doganianie przez szybszy materiał w strumieniu wolniej poruszających się agregatów, powodując kolizje. Przyszłe badania mogą pomóc potwierdzić tę hipotezę.

Ponieważ blazary są jednymi z najpotężniejszych akceleratorów cząstek we wszechświecie i jednymi z najlepszych laboratoriów do zrozumienia fizyki ekstremalnej, badania te są bardzo ważnym elementem układanki.

Przyszłe badania będą nadal monitorować Markarian 501 i odsyłać IXPE do innych blazarów, aby sprawdzić, czy można wykryć podobne polaryzacje.

Badania opublikowane w astronomia naturalna.