Ahora sabemos por qué los chorros de agujeros negros emiten radiación de alta energía

Los núcleos galácticos activos, alimentados por los agujeros negros supermasivos que contienen, son los objetos más brillantes del Universo. La luz se origina a partir de chorros de materia expulsados ​​a la velocidad de la luz por los alrededores del agujero negro. En la mayoría de los casos, estos núcleos galácticos activos se denominan cuásares. Pero en casos raros, cuando uno de los chorros apunta directamente a la Tierra, se llaman blazares y parecen más brillantes.

Aunque se ha desarrollado un esquema general de cómo funciona el blazar, aún no se comprenden bien varios detalles, incluida la forma en que el material que se mueve rápidamente produce tanta luz. Ahora los investigadores han creado un nuevo observatorio espacial llamado The Imagen de la sonda de polarimetría de rayos X (IXPE) a uno de los blazares más brillantes del cielo. Juntos, los datos de este y otras observaciones muestran que la luz se produce cuando los chorros de agujeros negros golpean material que se mueve más lentamente.

Chorro y luz

IXPE se especializa en detectar la polarización de fotones de alta energía, la orientación de los movimientos de giro de la luz en un campo eléctrico. La información de polarización puede decirnos algo sobre los procesos que crearon los fotones. Por ejemplo, los fotones generados en un medio turbulento tendrán una polarización esencialmente aleatoria, mientras que un medio más estructurado tiende a producir fotones con un rango limitado de polarizaciones. La luz que pasa a través de materiales o campos magnéticos también puede cambiar su polarización.

Esto resulta útil para estudiar blazares. Los fotones de alta energía emitidos por estos objetos son generados por partículas cargadas en los chorros. Cuando estos objetos cambian de rumbo o disminuyen la velocidad, deben ceder energía en forma de fotones. Debido a que viajan a una velocidad cercana a la de la luz, tienen mucha energía que entregar, lo que permite que los blazars emitan el espectro completo, desde ondas de radio hasta rayos gamma; algunos de estos últimos permanecen bajo estas energías a pesar de miles de millones de años. corrimiento al rojo

Entonces, la pregunta es qué hace que estas partículas disminuyan la velocidad. Hay dos ideas principales. Una es que el entorno de los chorros es turbulento, con acumulaciones caóticas de materia y campos magnéticos. Esto ralentiza las partículas y el medio turbulento significará que la polarización se vuelve en gran medida aleatoria.

Una idea alternativa involucra una onda de choque, donde el material del chorro golpea el material que se mueve más lentamente y se ralentiza. Este es un proceso relativamente ordenado y produce una polarización que tiene un rango relativamente limitado y se vuelve más pronunciada a energías más altas.

Entra IXPE

El nuevo conjunto de observaciones es una campaña coordinada para registrar el blazar Markarian 501 utilizando una serie de telescopios que capturan la polarización en longitudes de onda más largas, con IXPE trabajando con los fotones de mayor energía. Además, los investigadores buscaron en los archivos de varios observatorios para obtener observaciones anteriores de Markarian 501, lo que les permitió determinar si la polarización es estable en el tiempo.

En general, en todo el espectro, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, las polarizaciones medidas se encontraban dentro de unos pocos grados entre sí. También fue estable con el tiempo, y su alineación aumentó a energías de fotones más altas.

Todavía hay una ligera variación en la polarización, lo que sugiere una perturbación relativamente menor en el lugar de la colisión, lo que no es realmente sorprendente. Pero está mucho menos desordenado de lo que cabría esperar de la materia turbulenta con campos magnéticos complejos.

Si bien estos resultados brindan una mejor comprensión de cómo los agujeros negros producen luz, el proceso finalmente se basa en la producción de chorros que ocurren mucho más cerca del agujero negro. Aún no se comprende realmente cómo se forman estos chorros, por lo que las personas que estudian la astrofísica de los agujeros negros todavía tienen una razón para volver al trabajo después del fin de semana festivo.

Naturaleza2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0 (Acerca de los DOI)