NASA odkryła blazar, który zaskoczył i przekroczył wszelkie oczekiwania: co jest z nim nie tak?

Dość powszechnym obiektem we Wszechświecie są supermasywne czarne dziury, które tworzą potężne strumienie wysokoenergetycznych cząstek, z których emanuje światło o niezwykłej jasności. Gdy taka wiązka skierowana jest bezpośrednio na Ziemię, tworzący się układ nazywany jest blazarem.

Badanie blazarów odbywa się za pomocą instrumentu NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), uruchomionego w grudniu 2021 roku. W szczególności naukowcy starają się zrozumieć, dlaczego cząstki w strumieniu poruszają się z dużymi prędkościami i energiami. Jak wyjaśniono w NASA, instrument IXPE mierzy specjalną właściwość światła rentgenowskiego zwaną polaryzacją i ma związek z organizacją fal elektromagnetycznych na częstotliwościach rentgenowskich. Międzynarodowy zespół astrofizyków opublikował niedawno nowe dane IXPE dotyczące blazara o nazwie Markarian 421, który okazał się nieco niezwykły.

Obiekt znajduje się w gwiazdozbiorze Wielkiego Wozu. Jego odległość od Ziemi wynosi około 400 milionów lat świetlnych. Okazało się, że w części strumienia cząstek, w której następuje przyspieszenie, pole magnetyczne ma strukturę spiralną.

"Markarian 421 to stary przyjaciel astronomów wysokich energii" - wyjaśniła Laura Di Gesu, główna autorka artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature Astronomy. Astrofizycy od dawna uważali blazary za interesujący obiekt do badań, ale ten przekroczył nadzieje naukowców. Obiekt ten pokazał, jak polarymetria rentgenowska "wzbogaca naszą zdolność do badania złożonej geometrii pola magnetycznego i przyspieszania cząstek w różnych regionach relatywistycznych dżetów".

Strumienie cząstek, takie jak ten pochodzący z Markarian 421, mogą rozciągać się na miliony lat świetlnych. Są one niezwykle jasne, ponieważ cząstki zbliżają się do prędkości światła, zwiększają swoją energię i zachowują się w dziwny sposób, tak jak sugerował Einstein. Wiązki z blazarów mają efekt podobny do zmiany głośności syreny karetki pogotowia. Im bliżej, tym głośniej. Dlatego światło z wiązki skierowanej na nas również wydaje się jaśniejsze. Jest to powód, dla którego blazar może przyćmić wszystkie gwiazdy w galaktyce, w której się znajduje.

Astrofizycy badają blazary od dziesięcioleci, ale nadal nie rozumieją w pełni wszystkich zachodzących w nich procesów fizycznych. Polarymetria rentgenowska IXPE, która mierzy średni kierunek pola elektrycznego fal świetlnych, pozwala nam badać je na nowym poziomie. W szczególności geometrię fizyczną i źródło ich emisji.

Do tej pory modele badawcze blazarów przedstawiały ich spiralną strukturę jako podobną do sposobu, w jaki zorganizowane jest ludzkie DNA. Naukowcy nie spodziewali się jednak, że spiralna struktura zawiera obszary cząstek przyspieszanych przez wstrząsy.

IXPE odkrył dziwny, wciąż zmienny kąt polaryzacji podczas trzech długich obserwacji Markariana 421 w maju i czerwcu 2022 roku. "Spodziewaliśmy się, że kierunek polaryzacji może ulec zmianie, ale sądziliśmy, że duże rotacje będą rzadkością w oparciu o wcześniejsze obserwacje optyczne wielu blazarów. Dlatego zaplanowaliśmy kilka obserwacji blazara, z których pierwsza wykazała stałą polaryzację na poziomie 15%" - powiedział Herman Marshall, fizyk badawczy z Massachusetts Institute of Technology w Cambridge i współautor badania

Podzielił się również informacją, że wstępna analiza danych polaryzacji z IXPE wykazała, że spadła ona do zera między pierwszą a drugą obserwacją. "Potem zdaliśmy sobie sprawę, że polaryzacja była mniej więcej taka sama, ale jej kierunek dosłownie zawrócił, obracając się o prawie 180 stopni w ciągu dwóch dni" - wyjaśnił Marshall. Trzecia obserwacja, która rozpoczęła się dzień później, wykazała, że kierunek polaryzacji nadal obracał się w tym samym tempie, co zaskoczyło naukowców.

Jeszcze bardziej zaskakujące były jednoczesne pomiary optyczne, podczerwone i radiowe, które nie wykazały żadnych zmian w stabilności lub strukturze. Żadnej zmiany nie można było wykryć nawet wtedy, gdy spolaryzowane promieniowanie rentgenowskie było odchylane. Oznacza to, że fala uderzeniowa mogła rozprzestrzeniać się wzdłuż spiralnych pól magnetycznych w strumieniu cząstek.

Koncepcja fali uderzeniowej przyspieszającej cząstki w wiązce jest zgodna z teoriami dotyczącymi Markariana 501, który jest kolejnym blazarem monitorowanym przez IXPE. Szczegółowe badanie tego obiektu ukazało się pod koniec 2022 roku.

Teraz Di Gesu, Marshall i ich koledzy chcą dokładniej zbadać Markariana 421 i inne podobne obiekty, aby dowiedzieć się więcej o oscylacjach i ich częstotliwości.

Wcześniej OBOZREVATEL informował o białych dziurach, które mogą być antypodami czarnych dziur, ale nadal budzą kontrowersje wśród naukowców.

Subskrybuj kanały OBOZREVATEL w Telegramie, Viberze i Threads, aby być na bieżąco z najnowszymi osiągnięciami.