نحن نعرف الآن لماذا تنتج نفاثات الثقب الأسود إشعاعات عالية الطاقة

نوى المجرة النشطة ، المدعومة بالثقوب السوداء الهائلة التي تحتويها ، هي أكثر الأجسام سطوعًا في الكون. ينشأ الضوء من نفاثات المواد التي يتم قذفها بسرعة تقارب سرعة الضوء من البيئة المحيطة بالثقب الأسود. في معظم الحالات ، تسمى هذه النوى المجرية النشطة الكوازارات. ولكن في حالات نادرة حيث تكون إحدى النفاثات موجهة مباشرة نحو الأرض ، يُطلق عليها اسم blazar وتبدو أكثر إشراقًا.

بينما تم وضع المخطط العام لكيفية عمل البلازار ، لا تزال العديد من التفاصيل غير مفهومة جيدًا ، بما في ذلك كيف تولد المادة سريعة الحركة الكثير من الضوء. الآن ، قام الباحثون بتحويل مرصد فضائي جديد يسمى مستكشف التصوير بالأشعة السينية الاستقطاب (IXPE) باتجاه أحد ألمع النيران في السماء. تشير البيانات الواردة منه والملاحظات الأخرى مجتمعة إلى أن الضوء ينتج عندما تصطدم نفاثات الثقب الأسود بمواد بطيئة الحركة.

الطائرات والضوء

يتخصص IXPE في الكشف عن استقطاب الفوتونات عالية الطاقة – اتجاه الاهتزازات في المجال الكهربائي للضوء. يمكن لمعلومات الاستقطاب أن تخبرنا شيئًا عن العمليات التي خلقت الفوتونات. على سبيل المثال ، سيكون للفوتونات التي تنشأ في بيئة مضطربة استقطاب عشوائي بشكل أساسي ، بينما تميل البيئة الأكثر تنظيماً إلى إنتاج فوتونات ذات نطاق محدود من الاستقطابات. يمكن أيضًا للضوء الذي يمر عبر المواد أو المجالات المغناطيسية تغيير استقطابه.

تبين أن هذا مفيد في دراسة البلازارات. يتم إنشاء الفوتونات عالية الطاقة التي تنبعث منها هذه الأجسام بواسطة الجسيمات المشحونة في النفاثات. عندما تغير هذه الأجسام مسارها أو تتباطأ ، يتعين عليها التخلي عن الطاقة في شكل فوتونات. نظرًا لأنهم يتحركون بسرعة تقترب من سرعة الضوء ، فإن لديهم الكثير من الطاقة للتخلي عنها ، مما يسمح للبلازارات بالانبعاث عبر الطيف بأكمله من موجات الراديو إلى أشعة جاما – وبعض هذه الأخيرة بقي عند تلك الطاقات على الرغم من مليارات السنين من الانزياح الأحمر.

إذن ، يصبح السؤال إذن ما الذي يسبب تباطؤ هذه الجسيمات. هناك نوعان من الأفكار الرائدة. أحد هذه العوامل هو أن البيئة في الطائرات مضطربة ، مع تراكمات فوضوية من المواد والمجالات المغناطيسية. يؤدي هذا إلى تباطؤ الجسيمات ، وستعني البيئة الفوضوية أن الاستقطاب يصبح عشوائيًا إلى حد كبير.

تتضمن الفكرة البديلة الموجة الصدمية ، حيث تصطدم المواد من النفاثات بمواد بطيئة الحركة ، وتتباطأ. هذه عملية منظمة نسبيًا ، وتنتج استقطابًا محدود النطاق نسبيًا ويصبح أكثر وضوحًا عند الطاقات الأعلى.

أدخل IXPE

المجموعة الجديدة من الملاحظات عبارة عن حملة منسقة لتسجيل Blazar Markarian 501 باستخدام مجموعة متنوعة من التلسكوبات التي تلتقط الاستقطاب بأطوال موجية أطول ، مع معالجة IXPE لأعلى فوتونات طاقة. بالإضافة إلى ذلك ، بحث الباحثون في أرشيفات عدة مراصد للحصول على ملاحظات سابقة لماركاريان 501 ، مما سمح لهم بتحديد ما إذا كان الاستقطاب مستقرًا بمرور الوقت.

بشكل عام ، عبر الطيف بأكمله من موجات الراديو إلى أشعة جاما ، كانت الاستقطابات المقاسة ضمن درجات قليلة من بعضها البعض. كان أيضًا مستقرًا بمرور الوقت ، وزادت محاذاته عند طاقات الفوتون الأعلى.

لا يزال هناك القليل من الاختلاف في الاستقطاب ، مما يشير إلى وجود اضطراب طفيف نسبيًا في موقع الاصطدام ، وهي ليست مفاجأة حقًا. لكنها أقل اضطرابًا بكثير مما تتوقعه من مادة مضطربة ذات مجالات مغناطيسية معقدة.

بينما توفر هذه النتائج فهماً أفضل لكيفية إنتاج الثقوب السوداء للضوء ، فإن هذه العملية تعتمد في النهاية على إنتاج النفاثات ، والتي تحدث بالقرب من الثقب الأسود. كيف تتشكل هذه النفاثات لا يزال غير مفهوم حقًا ، لذلك لا يزال لدى الأشخاص الذين يدرسون الفيزياء الفلكية للثقب الأسود سبب للعودة إلى العمل بعد عطلة نهاية الأسبوع.

طبيعة سجية، 2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (حول DOIs).