Надмасивна чорна діра викидає на Землю струмінь високої енергії

Місія NASA спостерігала надмасивну чорну діру, яка спрямовує 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. У деяких випадках, як у випадку з останньою музою NASA, цей реактивний літак спрямований прямо на Землю. Ці події відомі як блазари.

Цей блазар, який отримав назву Markarian 421 і розташований у сузір’ї Великої Ведмедиці, спостерігали за допомогою рентгенівського поляриметричного дослідника NASA (IXPE), який був запущений у грудні 2021 року. IXPE спостерігає властивість магнітних полів, що називається поляризацією, яка стосується орієнтації полів. 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 буде 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».

IXPE занурюється глибше в закручену структуру струменів блазарів

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 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 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 рідкісними, виходячи з попередніх оптичних спостережень багатьох блазарів», — сказав співавтор дослідження та фізик Массачусетського технологічного інституту Герман Маршал. «Таким чином, ми запланували кілька спостережень блазара, перше з яких 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 є більш чітким доказом того, що спіральне магнітне поле справді сприяє поширенню ударної хвилі, яка прискорює частинки струменя до релятивістських швидкостей.

Команда, яка 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.

«Завдяки IXPE настав захоплюючий час для вивчення астрофізичних струменів», — підсумував Ді Джезу. Джерело