نحن نعرف الآن لماذا تنتج نفاثات الثقب الأسود إشعاعًا عالي الطاقة

تكبير / يمكن أن تكون نفاثات المادة المقذوفة حول الثقوب السوداء هائلة. ناسا ، وكالة الفضاء الأوروبية

تعد نوى المجرة النشطة ، المدعومة بالثقوب السوداء الهائلة التي تحتويها ، أكثر الأجسام سطوعًا في الكون. يأتي الضوء من نفاثات المادة المسقطة بسرعة قريبة من الضوء من البيئة المحيطة بالثقب الأسود. في معظم الحالات ، تسمى هذه النوى المجرية النشطة الكوازارات. ولكن في حالات نادرة عندما تكون إحدى النفاثات متجهة مباشرة إلى الأرض ، يطلق عليها اسم blazar وتظهر أكثر سطوعًا.

بينما تم وضع الخطوط العريضة لكيفية عمل البلازار ، تظل العديد من التفاصيل غير مفهومة جيدًا ، بما في ذلك كيف تولد المادة سريعة الحركة الكثير من الضوء. الآن ، حوّل الباحثون مرصدًا فضائيًا جديدًا يسمى مستكشف التصوير بالأشعة السينية Polarimetry Explorer (IXPE) إلى أحد ألمع النيران في السماء. تشير البيانات المستمدة من هذه الملاحظات وغيرها من الملاحظات مجتمعة إلى أن الضوء ينتج عندما تصطدم نفثات من الثقب الأسود بمواد بطيئة الحركة. الطائرات والضوء

تختص IXPE باكتشاف استقطاب الفوتونات عالية الطاقة ، أي اتجاه التموجات في المجال الكهربائي للضوء. يمكن لمعلومات الاستقطاب أن تخبرنا شيئًا عن العمليات التي خلقت الفوتونات. على سبيل المثال ، سيكون للفوتونات التي تأتي من بيئة مضطربة استقطاب عشوائي بشكل أساسي ، بينما تميل البيئة الأكثر تنظيماً إلى إنتاج فوتونات ذات نطاق محدود من الاستقطابات. يمكن أيضًا أن يتغير استقطاب الضوء الذي يمر عبر مادة أو مجالات مغناطيسية.

يفيد هذا في دراسة البلازارات. يتم توليد الفوتونات عالية الطاقة المنبعثة من هذه الأجسام بواسطة الجسيمات المشحونة في النفاثات. عندما تغير هذه الأجسام مسارها أو تبطئ ، يجب أن تتخلى عن الطاقة على شكل فوتونات. نظرًا لأنها تتحرك بالقرب من سرعة الضوء ، فإن لديها الكثير من الطاقة للتخلي عنها ، مما يسمح للبلازارات بالانبعاث عبر الطيف ، من موجات الراديو إلى أشعة جاما ، مع بقاء بعض الأخيرة في هذه الطاقات على الرغم من مليارات السنين. الانزياح الأحمر.

إذن فالسؤال يصبح إذن سبب تباطؤ هذه الجسيمات. هناك نوعان من الأفكار الرئيسية. أحدها أن البيئة في الطائرات مضطربة ، مع أكوام فوضوية من المواد والمجالات المغناطيسية. يؤدي هذا إلى إبطاء الجسيمات ويعني البيئة المضطربة أن الاستقطاب يصبح عشوائيًا إلى حد كبير.

تتضمن الفكرة البديلة موجة صدمة ، حيث تصطدم المواد من النفاثات بمواد أبطأ وتتباطأ. هذه عملية منظمة نسبيًا ، وتنتج استقطابًا محدود النطاق نسبيًا ويصبح أكثر وضوحًا عند استخدام الطاقات الأعلى. أدخل IXPE

المجموعة الجديدة من الملاحظات عبارة عن حملة منسقة لتسجيل Markarian blazar 501 باستخدام تلسكوبات مختلفة تلتقط الاستقطاب بأطوال موجية أطول ، مع تعامل IXPE مع الفوتونات الأكثر نشاطًا. بالإضافة إلى ذلك ، بحث الباحثون في أرشيفات العديد من المراصد للحصول على ملاحظات سابقة لماركاريان 501 ، مما يسمح لهم بتحديد ما إذا كان الاستقطاب مستقرًا بمرور الوقت.

بشكل عام ، عبر الطيف ، من موجات الراديو إلى أشعة جاما ، كانت الاستقطابات المقاسة في حدود بضع درجات من بعضها البعض. كان أيضًا مستقرًا بمرور الوقت وزاد محاذاته عند طاقات الفوتون الأعلى.

لا يزال هناك بعض الاختلاف في الاستقطاب ، مما يشير إلى وجود فوضى طفيفة نسبيًا في موقع الاصطدام ، وهي ليست مفاجأة كبيرة. لكنها أقل فوضى بكثير مما قد تتوقعه من مادة مضطربة ذات مجالات مغناطيسية معقدة.

بينما توفر هذه النتائج نظرة ثاقبة حول كيفية إنتاج الثقوب السوداء للضوء ، فإن هذه العملية تعتمد في النهاية على الإنتاج النفاث ، والذي يحدث بالقرب من الثقب الأسود. لا يزال تكوين هذه النفاثات غير مفهوم تمامًا ، لذا فإن الأشخاص الذين يدرسون الفيزياء الفلكية للثقب الأسود لديهم دائمًا سبب للعودة إلى العمل بعد عطلة نهاية الأسبوع.

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