Блазар BL Lacertae, сверхмассивная черная дыра, окруженная ярким диском
и джетами, направленными в сторону Земли, предоставил ученым уникальную возможность ответить на давний вопрос: как генерируются рентгеновские лучи в таких экстремальных условиях?
NASA's IXPE ( Imaging X-ray Polarimetry Explorer ) сотрудничал с радио
и оптическими телескопами, чтобы найти ответы.
Результаты, которые будут опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters, показывают, что взаимодействие между быстро движущимися электронами
и частицами света, называемыми фотонами, должно приводить к этому рентгеновскому излучению.
Ученые имели два возможных конкурирующих объяснения рентгеновских лучей: одно с участием протонов, а другое с участием электронов.
Каждый из этих механизмов будет иметь различную сигнатуру в поляризации рентгеновского света. Поляризация — это свойство света, которое описывает среднее направление электромагнитных волн, составляющих свет.
Если рентгеновские лучи в струях черной дыры сильно поляризованы, это будет означать, что рентгеновские лучи производятся протонами, вращающимися
в магнитном поле струи, или протонами, взаимодействующими с фотонами струи. Если рентгеновские лучи имеют более низкую степень поляризации,
это будет означать, что электронно-фотонные взаимодействия приводят
к образованию рентгеновских лучей.
IXPE, запущенный 9 декабря 2021 года, является единственным на сегодняшний день спутником, способным выполнять подобные измерения поляризации.
«Это была одна из самых больших загадок, связанных со струями сверхмассивных черных дыр», — сказал Иван Агудо, ведущий автор исследования и астроном из Института астрофизики Андалусии (CSIC)
в Испании. «И IXPE с помощью ряда поддерживающих наземных телескопов наконец предоставил нам инструменты для ее решения».
Астрономы обнаружили, что виновниками должны быть электроны через процесс, называемый Комптоновским рассеянием. Комптоновское рассеяние (или эффект Комптона) происходит, когда фотон теряет или получает энергию после взаимодействия с заряженной частицей, обычно электроном.
В струях сверхмассивных черных дыр электроны движутся со скоростью, близкой к скорости света. IXPE помог ученым узнать, что в случае струи блазара электроны обладают достаточной энергией, чтобы рассеивать фотоны инфракрасного света вплоть до рентгеновских длин волн.
BL Lacertae (сокращенно BL Lac) — один из первых когда-либо обнаруженных блазаров, первоначально считавшийся переменной звездой в созвездии Ящерицы. IXPE наблюдал BL Lac в конце ноября 2023 года в течение семи дней вместе с несколькими наземными телескопами, измерявшими оптическую
и радиополяризацию одновременно. Хотя IXPE наблюдал BL Lac и в прошлом, это наблюдение было особенным. По совпадению, во время наблюдений
за рентгеновской поляризацией оптическая поляризация BL Lac достигла высокого значения: 47,5%.
«Это был не только самый поляризованный BL Lac за последние 30 лет,
это самый поляризованный блазар из всех когда-либо наблюдавшихся!» — сказал Иоаннис Лиодакис, один из основных авторов исследования
и астрофизик из Института астрофизики FORTH в Греции.
IXPE обнаружил, что рентгеновские лучи были гораздо менее поляризованы, чем оптический свет. Команда не смогла измерить сильный поляризационный сигнал и определила, что рентгеновские лучи не могут быть более поляризованными, чем 7,6%. Это доказало, что электроны, взаимодействующие с фотонами через эффект Комптона, должны объяснять рентгеновские лучи.
"Тот факт, что оптическая поляризация была намного выше, чем в рентгеновских лучах, можно объяснить только комптоновским рассеянием."
Стивен Элерт
Научный сотрудник проекта IXPE в Центре космических полетов им. Маршалла
«Тот факт, что оптическая поляризация была намного выше,
чем в рентгеновских лучах, можно объяснить только комптоновским рассеянием», — сказал Стивен Элерт, научный сотрудник проекта IXPE
и астроном Центра космических полетов имени Маршалла.
«IXPE удалось решить еще одну загадку черной дыры», — сказал Энрико Коста, астрофизик в Риме из Института астрофизики и планетологии в Национальном институте астрофизики. Коста — один из ученых, которые задумали этот эксперимент и предложили его NASA 10 лет назад под руководством Мартина Вайскопфа, первого главного исследователя IXPE. «Поляризованное рентгеновское зрение IXPE разрешило несколько давних загадок, и эта — одна из самых важных. В некоторых других случаях результаты IXPE бросали вызов устоявшимся мнениям и открывали новые загадки, но именно так работает наука, и, несомненно, IXPE делает очень хорошую науку».
Что ждет исследование блазаров дальше?
«Одно из того, что мы хотим сделать, — это попытаться найти как можно больше таких объектов», — сказал Элерт. «Блазары сильно меняются
со временем и полны сюрпризов».
Подробнее о IXPE
IXPE, которая продолжает предоставлять беспрецедентные данные, позволяющие совершать новаторские открытия о небесных объектах по всей Вселенной, является совместной миссией NASA и Итальянского космического агентства с партнерами и научными сотрудниками в 12 странах. IXPE возглавляет Центр космических полетов имени Маршалла NASA в Хантсвилле, штат Алабама. BAE Systems, Inc. со штаб-квартирой в Фоллс-Черч, штат Вирджиния, управляет операциями космических аппаратов совместно
с Лабораторией физики атмосферы и космоса Университета
Колорадо в Боулдере.
Информация взята с сайта nasa.gov
Спасибо, что ознакомились, ваш Павел М.