We weten nu waarom straaljagers van zwarte gaten energierijke straling uitzenden

Actieve galactische kernen, aangedreven door de superzware zwarte gaten die ze bevatten, zijn de helderste objecten in het universum. Het licht is afkomstig van materiaalstralen die met bijna de lichtsnelheid uit de omgeving rond het zwarte gat worden geworpen. In de meeste gevallen worden deze actieve galactische kernen quasars genoemd. Maar in zeldzame gevallen, wanneer een van de jets rechtstreeks op de aarde is gericht, wordt het een blazar genoemd en lijkt het veel helderder.

Hoewel de algemene schets van hoe de blazar werkt is uitgewerkt, zijn veel details nog steeds slecht begrepen, waaronder hoe snel bewegende materie zoveel licht genereert. Nu hebben onderzoekers een nieuw ruimteobservatorium omgebouwd, genaamd Polariserende X-ray Imaging Explorer (IXPE) naar een van de helderste vlammen aan de hemel. Alles bij elkaar geven de gegevens ervan en andere waarnemingen aan dat het licht wordt geproduceerd wanneer stralen van zwarte gaten in botsing komen met langzaam bewegende materie.

Vliegtuigen en licht

IXPE is gespecialiseerd in het detecteren van de polarisatie van hoogenergetische fotonen – de richting van trillingen in het elektrische veld van licht. De polarisatie-informatie kan ons iets vertellen over de processen die de fotonen hebben gecreëerd. Fotonen die afkomstig zijn uit een ongeordende omgeving zullen bijvoorbeeld in wezen willekeurige polarisaties hebben, terwijl een meer geordende omgeving de neiging heeft om fotonen te produceren met een beperkt aantal polarisaties. Licht dat door materialen of magnetische velden gaat, kan ook de polarisatie veranderen.

Dit is nuttig gebleken bij de studie van blazars. De hoogenergetische fotonen die deze objecten uitzenden, worden gegenereerd door de geladen deeltjes in de jets. Wanneer deze objecten van baan veranderen of vertragen, moeten ze energie in de vorm van fotonen opgeven. Omdat ze met bijna de snelheid van het licht bewegen, hebben ze veel energie om op te geven, waardoor blazars over het hele spectrum kunnen uitzenden, van radiogolven tot gammastralen – sommige van de laatste blijven op die energieën ondanks miljarden jaren roodverschuiving .

Dus de vraag wordt dan waardoor deze deeltjes vertragen. Er zijn twee leidende ideeën. Een van die factoren is dat de omgeving in vliegtuigen turbulent is, met chaotische opeenhopingen van materiaal en magnetische velden. Hierdoor vertragen de deeltjes en in een chaotische omgeving wordt de polarisatie grotendeels willekeurig.

Een alternatief idee betreft een schokgolf, waarbij materiaal van de jets in botsing komt met langzaam bewegend materiaal, waardoor het wordt afgeremd. Dit is een relatief ordelijk proces, dat een relatief bandbegrensde polarisatie produceert die meer uitgesproken wordt bij hogere energieën.

Voer IXPE in

De nieuwe reeks waarnemingen is een gecoördineerde campagne om Blazar Markarian 501 vast te leggen met behulp van een verscheidenheid aan telescopen die polarisatie op langere golflengten vastleggen, waarbij IXPE de fotonen met de hoogste energie verwerkt. Daarnaast doorzochten de onderzoekers de archieven van verschillende observatoria naar eerdere waarnemingen van Markarian 501, waardoor ze konden bepalen of de polarisatie in de loop van de tijd stabiel was.

In het algemeen waren de gemeten polarisaties over het hele spectrum van radiogolven tot gammastralen binnen enkele graden van elkaar verwijderd. Het was ook in de loop van de tijd stabiel en zijn uitlijning nam toe bij hogere fotonenergieën.

Er is nog steeds een klein verschil in polarisatie, wat wijst op relatief weinig verstoring op de plaats van de botsing, wat niet echt een verrassing is. Maar het is veel minder turbulent dan je zou verwachten van turbulente materie met complexe magnetische velden.

Hoewel deze resultaten een beter begrip geven van hoe zwarte gaten licht produceren, hangt dit proces uiteindelijk af van de productie van jets, die zich in de buurt van het zwarte gat voordoen. Hoe deze jets ontstaan, wordt nog steeds niet echt begrepen, dus mensen die astrofysica van zwarte gaten bestuderen, hebben na het weekend nog steeds reden om weer aan het werk te gaan.

natuur2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (Over DOI’s).