Nowe obserwatorium kosmiczne pomaga rozwiązać zagadkę supermasywnych czarnych dziur

WASHINGTON (Reuters) – Większość galaktyk jest zbudowana wokół gigantycznych czarnych dziur. Podczas gdy wiele z tych obiektów jest stosunkowo łagodnych, jak ten w centrum naszej Drogi Mlecznej, niektóre są okrutne — pochłaniają duże ilości otaczającej materii i uwalniają ogromne, jasne dżety wysokoenergetycznych cząstek daleko w przestrzeń kosmiczną.

Wykorzystując dane z niedawno opublikowanego obserwatorium orbitalnego Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), naukowcy w środę przedstawili wyjaśnienie, w jaki sposób te dżety są tak jasne: cząstki subatomowe zwane elektronami zostają pobudzone przez fale uderzeniowe poruszające się z prędkością ponaddźwiękową z dala od dziury czarny. .

Naukowcy badali dziwny obiekt o nazwie Blazar w centrum dużej galaktyki eliptycznej Markarian 501, znajdującej się około 460 milionów lat świetlnych od Ziemi w kierunku gwiazdozbioru Herkulesa. Rok świetlny to odległość, jaką pokonuje światło w ciągu roku, 5,9 biliona mil (9,5 biliona km).

Blazary to podzbiór obiektów zwanych kwazarami, które są zasilane przez supermasywne czarne dziury żywiące się gazem i inną materią w centrum galaktyk i wysyłające w przestrzeń kosmiczną dwa strumienie cząstek w przeciwnych kierunkach. Blazary są tak ustawione, że jeden z ich dwóch odrzutowców z naszego punktu obserwacyjnego na Ziemi leci prosto na nas.

„Blazary są najbardziej konsekwentnie jasnymi obiektami w widzialnym wszechświecie. Są najbardziej aktywne. Mają największe i najbardziej przerażające czarne dziury. Wszystko, co dzieje się wokół nich, jest absolutnie fantastyczne” – powiedział astronom Yannis Liodakis z Fińskiego Centrum Astronomii z ESO. , główny autor badań opublikowanych w czasopiśmie Natura.

Naukowcy od dawna starali się zrozumieć, w jaki sposób strumienie z pożarów stają się tak jasne i zachowują się w nich cząsteczki. Dżety tego blazara rozciągają się na odległość około miliona lat świetlnych.

Wystrzelony w grudniu zeszłego roku w ramach współpracy między NASA i włoską agencją kosmiczną, IXPE mierzy jasność i polaryzację – właściwość światła, która obejmuje orientację fal elektromagnetycznych – promieniowania rentgenowskiego ze źródeł kosmicznych. Różne zjawiska, takie jak fale uderzeniowe lub turbulencje, dostarczają polaryzujących „sygnałów”.

Naukowcy znaleźli dowody na to, że cząstki w samolocie zostają pobudzone, gdy uderzają w falę uderzeniową, która rozchodzi się na zewnątrz do strumienia i emituje promieniowanie rentgenowskie podczas przyspieszania. Fala uderzeniowa powstaje, gdy coś porusza się szybciej niż prędkość dźwięku w ośrodku takim jak powietrze – tak jak robi to naddźwiękowy odrzutowiec przelatujący przez ziemską atmosferę – lub obszar cząstek i pól magnetycznych zwany plazmą, jak w tym przypadku.

„Światło, które widzimy z samolotów, pochodzi od elektronów” – powiedział Alan Marcher, astrofizyk z Uniwersytetu Bostońskiego i współautor badań. „Promienie rentgenowskie, jakie obserwujemy w Markarian 501, mogą pochodzić tylko od bardzo wysokoenergetycznych elektronów”.

Siłą napędową tego dramatu jest czarna dziura, niezwykle gęsty obiekt o grawitacji tak silnej, że nawet światło nie może się z niej wydostać. Supermasywna czarna dziura w centrum Markarian 501 ma masę około miliarda mas Słońca. Jest około 200 razy masywniejsza niż Sagittarius A*, supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej.

„Czarne dziury to wyjątkowe laboratoria do badania fundamentalnej fizyki w ekstremalnych warunkach, których nie możemy odtworzyć na Ziemi” – powiedział Lioudakis.

„Jednak zanim będziemy mogli wykorzystać je w ten sposób, musimy zrozumieć wszystkie zachodzące procesy fizyczne. Od wielu lat obserwujemy wysokoenergetyczne światło z tych źródeł i mamy pewne teorie na temat tego, w jaki sposób cząstki, które je emitują światło jest tak energetyczne. Umożliwiło to nasze możliwości polaryzacji rentgenowskiej w IXPE po raz pierwszy bezpośrednio przetestować nasze teorie „- powiedział Lioudakis.

Reportaż Willa Dunhama; Montaż przez Rosalbę O’Brien

Nasze standardy: Zasady zaufania Thomson Reuters.