Місія NASA спостерігала надмасивну чорну діру, яка спрямовала свій струмінь високої енергії прямо на Землю. Однак поки не панікуйте. Якою б страшною не була ця космічна подія, вона розташована на дуже безпечній відстані (приблизно в 400 мільйонів світлових років від нас).
Активно живлячі надмасивні чорні діри, включно з наявною, оточені закрученими дисками матерії, званими акреційними дисками, які поступово живлять їх з часом. Частина матеріалу, який вони не проковтують, потім направляється до їхніх полюсів, де згодом викидається назовні з близькосвітловою або релятивістською швидкістю. Це створює високоенергетичне та надзвичайно яскраве електромагнітне випромінювання. Ці події відомі як блазари.
Цей блазар, який отримав назву Markarian 421 і розташований у сузір’ї Великої Ведмедиці, спостерігали за допомогою рентгенівської поляриметрії NASA (IXPE), яка була запущена в грудні 2021 року. Поляризація струменя, створеного Маркаріаном 421, виявила сюрприз для астрономів, показавши, що частина струменя, де прискорюються частинки, також є домом для магнітного поля зі спіральною структурою.
Струмені Blazar можуть простягатися в космосі на мільйони світлових років, але механізми, які їх запускають, ще недостатньо вивчені. Однак ці нові відкриття навколо струменя Маркаряна 421 можуть пролити світло на це екстремальне космічне явище.
“Markarian 421 — давній друг для астрономів високих енергій”, — заявила провідний дослідник відкриття та астрофізик Італійського космічного агентства Лаура Ді Джезу. “Ми були впевнені, що блазар стане гідною мішенню для IXPE, але його відкриття перевершили наші очікування, успішно продемонструвавши, як рентгенівська поляриметрія збагачує нашу здатність досліджувати складну геометрію магнітного поля та прискорення частинок у різних областях релятивістських струменів”.
Скручена структура струменів блазара
Основна причина, чому струмені живлення надмасивних чорних дір такі яскраві, полягає в тому, що частинки, що наближаються до швидкості світла, виділяють величезну кількість енергії та поводяться відповідно до фізики спеціальної теорії відносності Ейнштейна.
Струмені Blazar також отримують додатковий приріст такої яскравості, оскільки їхня орієнтація на нас змушує довжини хвиль світла, пов’язані з їхніми струменями, «скупчуватися», збільшуючи їх частоти та енергію. Це схоже на те, як звукові хвилі від сирени швидкої допомоги «групуються», викликаючи збільшення частоти, що робить звук більш високим.
Внаслідок цих двох ефектів блазари часто можуть перевершувати сукупне світло кожної зірки в галактиках, у яких вони розташовані. І тепер космічний апарат IXPE використав це світло, щоб намалювати картину фізики, що відбувається в центрі струменя Markarian 421, і навіть визначити точку походження сяючого променя.
Раніше моделі струменів блазарів натякали, що вони супроводжуються спіральними магнітними полями, майже як ДНК у живих клітинах, за винятком одноланцюгових, а не дволанцюжкових. Однак вчені не передбачили той факт, що магнітна спіраль матиме зони, де частинки прискорюються.
“Ми передбачали, що напрямок поляризації може змінитися, але ми думали, що великі обертання будуть рідкістю, виходячи з попередніх оптичних спостережень багатьох блазарів”, — сказав співавтор дослідження та фізик Массачусетського технологічного інституту Герман Маршал. “Отже, ми запланував кілька спостережень блазара, причому перше показало постійну поляризацію 15%”.
Що ще більш примітно, аналіз даних IXPE показав, що поляризація струменя впала до 0% між першим і другим спостереженнями. Це показало команді, що магнітне поле обертається як штопор.
«Ми визнали, що поляризація була приблизно однаковою, але її напрямок буквально розвернувся, обертаючись майже на 180 градусів за два дні», — сказав Маршалл. «Тоді під час третього спостереження, яке почалося через день, ми знову здивувались тим, що напрямок поляризації продовжує обертатися з тією ж швидкістю».
Під час цих маневрів вимірювання електромагнітного випромінювання у вигляді оптичного, інфрачервоного та радіопроменів не показали впливу на стабільність і структуру самого струменя, навіть якщо рентгенівське випромінювання змінилося. Це означало, що ударна хвиля поширюється вздовж закрученого магнітного поля від Маркаряна 421.
Натяки на таке явище колись були помічені в струмені іншого блазара, свідком якого був IXPE, Markarian 501, але нові відкриття команди представляють більш чіткі докази того, що спіральне магнітне поле справді сприяє поширенню ударної хвилі, яка прискорює частинки струменя до релятивістських швидкостей.
Команда, що стоїть за роботою, має намір продовжити вивчення Markarian 421, а також ідентифікувати інші блазари, щоб знайти деякі з подібними якостями в пошуках механізму, який забезпечує екстремальні та яскраві потоки, характерні для цих явищ.
Дослідження команди було опубліковано в журналі Nature Astronomy.
