|
Загадочные струи материи черных дыр
|
|
|
|
Некоторые из самых ярких объектов на небе называются блазарами. Они состоят из сверхмассивной черной дыры, питающейся материалом, вращающимся вокруг нее в виде диска, который может создавать две мощные струи, перпендикулярные диску с каждой стороны. Блазар особенно яркий, потому что одна из его мощных струй высокоскоростных частиц направлена прямо на Землю. На протяжении десятилетий ученые задавались вопросом: как частицы в этих струях разгоняются до таких высоких энергий? Исследователь рентгеновской поляриметрии изображений НАСА, или IXPE, помог астрономам приблизиться к ответу. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, автором которого является большое международное сотрудничество, астрономы пришли к выводу, что лучшим объяснением ускорения частиц является ударная волна внутри джета.
|
|
|
|
«Это загадка 40-летней давности, которую мы разгадали», — сказал Яннис Лиодакис, ведущий автор исследования и астроном из FINCA, финского центра астрономии совместно с ESO. «Наконец-то мы собрали все кусочки головоломки, и картина, которую они создали, стала ясной». Запущенный 9 декабря 2021 года находящийся на околоземной орбите спутник IXPE, созданный в сотрудничестве НАСА и Итальянского космического агентства, предоставляет особый вид данных, который никогда раньше не был доступен из космоса. Эти новые данные включают в себя измерение поляризации рентгеновского излучения, что означает, что IXPE определяет среднее направление и интенсивность электрического поля световых волн, составляющих рентгеновские лучи. Информация об ориентации электрического поля в рентгеновском свете и степени поляризации недоступна для телескопов на Земле, поскольку атмосфера поглощает рентгеновские лучи из космоса.
|
|
|
«Первые измерения поляризации рентгеновского излучения этого класса источников впервые позволили провести прямое сравнение с моделями, разработанными для наблюдения других частот света, от радио до гамма-лучей очень высокой энергии», — сказал Иммаколата Доннарумма, исследователь. научный сотрудник проекта IXPE в Итальянском космическом агентстве. «IXPE продолжит предоставлять новые доказательства по мере анализа текущих данных и получения дополнительных данных в будущем». Новое исследование использовало IXPE, чтобы указать на Markarian 501, блазар в созвездии Геркулеса. Эта активная система черных дыр находится в центре большой эллиптической галактики.
|
|
|
|
IXPE смотрел «Маркаряна 501» в течение трех дней в начале марта 2022 года, а затем еще раз через две недели. Во время этих наблюдений астрономы использовали другие телескопы в космосе и на земле для сбора информации о блазаре в широком диапазоне длин волн света, включая радио, оптические и рентгеновские лучи. В то время как другие исследования изучали поляризацию низкоэнергетического света от блазаров в прошлом, это был первый раз, когда ученые смогли получить такую перспективу в отношении рентгеновских лучей блазара, которые излучаются ближе к источнику ускорения частиц. «Добавление рентгеновской поляризации к нашему арсеналу радио-, инфракрасной и оптической поляризации меняет правила игры», — сказал Алан Маршер, астроном из Бостонского университета, возглавляющий группу, изучающую гигантские черные дыры с помощью IXPE.
|
|
|
|
Ученые обнаружили, что рентгеновский свет более поляризован, чем оптический, который более поляризован, чем радио. Но направление поляризованного света было одинаковым для всех наблюдаемых длин волн света, а также совпадало с направлением джета. После сравнения своей информации с теоретическими моделями команда астрономов поняла, что данные наиболее точно соответствуют сценарию, в котором ударная волна ускоряет частицы струи. Ударная волна возникает, когда что-то движется быстрее, чем скорость звука окружающего материала, например, когда сверхзвуковой самолет пролетает в атмосфере нашей Земли. Исследование не было предназначено для изучения происхождения ударных волн, которые до сих пор остаются загадкой. Но ученые предполагают, что возмущение потока струи приводит к тому, что часть ее становится сверхзвуковой. Это может быть результатом столкновения частиц высокой энергии внутри струи или резких изменений давления на границе струи.
|
|
|
|
«По мере того, как ударная волна пересекает область, магнитное поле становится сильнее, а энергия частиц становится выше», — сказал Маршер. «Энергия исходит от энергии движения материала, создающего ударную волну». Когда частицы движутся наружу, они сначала испускают рентгеновские лучи, потому что они чрезвычайно энергичны. Двигаясь дальше наружу, через турбулентную область дальше от места удара, они начинают терять энергию, что заставляет их излучать менее энергичный свет, такой как оптические, а затем радиоволны. Это аналогично тому, как поток воды становится более турбулентным после встречи с водопадом, но здесь эту турбулентность создают магнитные поля. Ученые продолжат наблюдать за блазаром Маркарян 501, чтобы увидеть, изменится ли поляризация с течением времени. IXPE также будет исследовать более широкую коллекцию блазаров во время своей двухлетней основной миссии, раскрывая более давние загадки Вселенной. «Это часть прогресса человечества в понимании природы и всей ее экзотики», — сказал Маршер.
|
|
|
|
Источник
|
