Artık kara delik jetlerinin neden yüksek enerjili radyasyon yaydığını biliyoruz.

İçerdikleri süper kütleli kara deliklerden güç alan aktif galaktik çekirdekler, evrendeki en parlak nesnelerdir. Işık, kara deliğin etrafındaki ortamdan neredeyse ışık hızıyla fırlatılan madde jetlerinden kaynaklanır. Çoğu durumda, bu aktif galaktik çekirdeklere kuasar denir. Ancak, jetlerden birinin doğrudan Dünya’ya yöneltildiği nadir durumlarda, buna blazar denir ve çok daha parlak görünür.

Blazar’ın nasıl çalıştığına dair genel bir çerçeve çizilmiş olsa da, hızlı hareket eden maddenin nasıl bu kadar çok ışık ürettiği de dahil olmak üzere pek çok ayrıntı hala tam olarak anlaşılamamıştır. Şimdi, araştırmacılar yeni bir uzay gözlemevini dönüştürdüler. Polarize X-ışını Görüntüleme Gezgini (IXPE) gökyüzündeki en parlak alevlerden birine doğru. Birlikte ele alındığında, ondan elde edilen veriler ve diğer gözlemler, ışığın karadelik jetleri yavaş hareket eden madde ile çarpıştığında üretildiğini gösteriyor.

Uçaklar ve ışık

IXPE, yüksek enerjili fotonların polarizasyonunu – ışığın elektrik alanındaki titreşimlerin yönünü – tespit etmede uzmanlaşmıştır. Polarizasyon bilgisi, fotonları oluşturan süreçler hakkında bize bir şeyler söyleyebilir. Örneğin, düzensiz bir ortamdan kaynaklanan fotonlar temelde rastgele polarizasyonlara sahip olurken, daha düzenli bir ortam sınırlı bir polarizasyon aralığına sahip fotonlar üretme eğilimindedir. Malzemelerden veya manyetik alanlardan geçen ışık da polarizasyonunu değiştirebilir.

Bunun blazarların çalışmasında yararlı olduğu gösterilmiştir. Bu nesnelerin yaydığı yüksek enerjili fotonlar, jetlerdeki yüklü parçacıklar tarafından üretilir. Bu nesneler yörünge değiştirdiklerinde veya yavaşladıklarında, fotonlar şeklinde enerji vermek zorunda kalırlar. Işık hızına yakın bir hızla hareket ettikleri için vazgeçecekleri çok fazla enerjileri vardır, bu da blazarların radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar tüm spektrumda yaymalarına izin verir – gama ışınlarının bir kısmı milyarlarca yıllık kırmızıya kaymaya rağmen bu enerjilerde kalır. .

O zaman soru, bu parçacıkların yavaşlamasına neyin sebep olduğu haline gelir. Önde gelen iki fikir var. Böyle bir faktör, uçaktaki ortamın kaotik malzeme ve manyetik alan birikimleriyle çalkantılı olmasıdır. Bu, parçacıkların yavaşlamasına neden olur ve kaotik bir ortam, polarizasyonun büyük ölçüde rastgele hale gelmesi anlamına gelir.

Alternatif bir fikir, jetlerden gelen malzemenin yavaş hareket eden malzeme ile çarpıştığı ve onu yavaşlattığı bir şok dalgasını içerir. Bu nispeten düzenli bir süreçtir ve daha yüksek enerjilerde daha belirgin hale gelen nispeten bant-sınırlı bir polarizasyon üretir.

IXPE’ye girin

Yeni gözlem seti, en yüksek enerjili fotonları işleyen IXPE ile daha uzun dalga boylarında kutuplaşmayı yakalayan çeşitli teleskoplar kullanarak Blazar Markarian 501’i kaydetmeye yönelik koordineli bir kampanyadır. Buna ek olarak, araştırmacılar, Markarian 501’in daha önceki gözlemleri için çeşitli gözlemevlerinin arşivlerini aradılar ve bu, kutuplaşmanın zaman içinde sabit olup olmadığını belirlemelerine olanak sağladı.

Genel olarak, radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar tüm spektrum boyunca, ölçülen polarizasyonlar birbirinin birkaç derece içindeydi. Aynı zamanda zaman içinde kararlıydı ve daha yüksek foton enerjilerinde hizalanması arttı.

Polarizasyonda hala biraz fark var, bu da çarpışma bölgesinde nispeten hafif bir bozulmaya işaret ediyor ki bu gerçekten şaşırtıcı değil. Ancak karmaşık manyetik alanlara sahip çalkantılı maddeden beklediğinizden çok daha az çalkantılı.

Bu sonuçlar, kara deliklerin nasıl ışık ürettiklerinin daha iyi anlaşılmasını sağlarken, bu süreç nihayetinde kara deliğin yakınında meydana gelen jetlerin üretimine bağlıdır. Bu jetlerin nasıl oluştuğu hala tam olarak anlaşılamamıştır, bu nedenle kara delik astrofiziği okuyan insanların hafta sonundan sonra işe geri dönmek için nedenleri vardır.

doğa2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0 (DOI’ler hakkında).