Сильная волна давления в окрестностях черных дыр ускоряет электроны до чрезвычайно высоких скоростей, которые формируют электромагнитное излучение этих частиц от радиоволн до оптического света, рентгеновских лучей и гамма-лучей.
Ученые проверили, является ли этот механизм поведенческим для всех подобных объектов, пишет «Природа».
Почти все галактики имеют в центре черную дыру, масса которой в миллионы или даже миллиарды раз превышает массу Солнца. Большинство этих массивных объектов ведут себя тихо, никакого излучения от них не исходит.
Но некоторые активны: газ из окружающей среды попадает в черные дыры и при этом загорается. Из-за часто сильного магнитного поля черных дыр часть падающего вещества отклоняется и катапультируется в далекий космос на полюса черных дыр в виде пучков вещества, известных как джеты.
Если такая струя направлена почти точно на Землю, активная черная дыра светится особенно ярко как «блазар». Астрономам давно известно, что излучение блазаров вызвано высокоэнергетическими электрически заряженными частицами — просто до сих пор было неясно, как эти частицы разгоняются до такой высокой скорости. Чтобы отследить причину, ученые должны определить поляризацию излучения, т. е. колеблются ли электромагнитные волны в предпочтительном направлении или нет.
«До сих пор такие измерения были возможны только в радио- и оптическом диапазонах», — объясняют Иоаннис Лиодакис из Университета Турку в Финляндии и его коллеги: «Но мы используем это только для обнаружения частиц, которые уже покинули диапазон ускорения много лет назад. Происхождение ускорения можно наблюдать только с помощью рентгеновских измерений».
Ситуация изменилась с появлением рентгеновского космического телескопа IXPE — Imaging X-ray Polarimetry Explorer — запущенного 9 декабря 2021 года итальянским космическим агентством Asi и NASA.
Теперь впервые возможны измерения поляризации рентгеновского излучения в струях блазара. В марте 2022 года Лиодакис и его коллеги нацелили IXPE на блазар Маркарян 501, находящийся в 500 миллионах световых лет от нас.
«Результаты этих наблюдений стали решающим прорывом в изучении блазаров», — комментирует не участвующий в исследовании астроном Леа Маркотулли из Йельского университета в США.
Измерения группы Лиодакиса показывают значительную поляризацию рентгеновского излучения.
«Это указывает на ударную волну как на причину ускорения частиц», — говорят ученые.
Исследователи называют ударной волной особенно сильную волну давления, которая распространяется быстрее звука. Эта ударная волна создается, когда материя, связанная черной дырой в струе и разогнанная почти до скорости света, сталкивается с более медленным газом поблизости.
По крайней мере, с Blazar Markarian 501 ясно, что ударная волна действует как ускоритель космических частиц.
Остается вопрос, так ли это для всех блазаров или существуют разные блазары с разными механизмами ускорения частиц.
Однако с IXPE у астрономов теперь есть инструмент, позволяющий использовать рентгеновское зрение для исследования ускорения многих других блазаров и, таким образом, найти ответ на этот вопрос.
