Rentgenowski satelita IXPE pomaga w rozwiązaniu 40-letniej zagadki

Blazary należą do najjaśniejszych obiektów w kosmosie. Składają się z supermasywnej czarnej dziury zasilanej krążącą wokół niej w dysku materią oraz dwóch potężnych dżetów po obu stronach, prostopadłych do płaszczyzny dysku. Blazary są szczególnie jasne, ponieważ jeden z ich dżetów skierowany jest prosto w stronę Ziemi.

Od kilkudziesięciu lat naukowcy zastanawiali się, w jaki sposób cząstki w dżetach blazarów przyspieszane są do tak wysokich energii. Jak wskazują naukowcy, dzięki dokonanym pomiarom można było dla tej klasy obiektów po raz pierwszy uzyskać bezpośrednie porównanie z modelami opracowanymi na podstawie obserwacji w innych zakresach promieniowania.

Obserwatorium IXPE potrafi mierzyć polaryzację w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Polaryzacja to cecha światła (fali elektromagnetycznej) opisująca związek pomiędzy kierunkiem rozchodzenia się fali, a kierunkiem oscylacji. IXPE mierzy średni kierunek i intensywność pola elektrycznego fal promieniowania rentgenowskiego. Tego typu pomiary nie są możliwe z powierzchni Ziemi, bowiem atmosfera nie przepuszcza promieniowania rentgenowskiego z kosmosu.

Badacze z zespołu, którym kierował Yannis Liodakis z Finnish Centre for Astronomy with ESO (FINCA), przeprowadzili obserwacje blazara Markarian 501, widocznego na niebie w gwiazdozbiorze Herkulesa. Znajduje się on w centrum dużej galaktyki eliptycznej. Obserwacje prowadzono przez trzy dni na początku marca 2022 roku, a następnie powtórzono po dwóch tygodniach. Dodatkowo korzystano też z innych teleskopów kosmicznych i naziemnych, tak aby mieć dane zarówno z zakresu rentgenowskiego, jak i radiowego czy widzialnego.

Okazało się, że promieniowanie rentgenowskie od blazara jest bardziej spolaryzowane niż w zakresie widzialnym, które z kolei jest bardziej spolaryzowane niż fale radiowe. Natomiast kierunek polaryzacji jest taki sam we wszystkich zakresach promieniowania i jest zgodny z kierunkiem dżetu.

Po porównaniu nowych danych z modelami teoretycznymi, najlepiej pasuje wyjaśnienie, iż cząstki w dżecie przyspieszane są przez falę uderzeniową powstającą, gdy coś porusza się w szybciej niż dźwięk w otaczającym ośrodku. Przykładem takiego zjawiska jest fala uderzeniowa przy samolotach lecących z prędkością naddźwiękową w ziemskiej atmosferze.

Zagadką pozostaje skąd biorą się fale uderzeniowe w dżecie. Według przypuszczeń może pochodzić od zaburzeń przepływu strumienia dżetu, które powodują, że jego fragmenty stają się naddźwiękowe. Może to wynikać ze zderzeń wysokoenergetycznych cząstek z dżetem albo z gwałtownych zmian ciśnienia na granicach dżetu.

Gdy przez dany obszar przechodzi fala uderzeniowa, pole magnetyczne staje się silniejsze i rosną energie cząstek. Cząstki poruszają się na zewnątrz i emitują promieniowania rentgenowskie, ponieważ mają bardzo wysokie energie. Przemieszczając się dalej tracą energię i zaczynają emitować w mniej energetycznych zakresach promieniowania, widzialnym i radiowym. Jako porównanie naukowcy wskazują wodospady, w których woda staje się bardziej turbulentna po przepłynięciu przez wodospad. W przypadku dżetu w blazarze turbulencje powodowane są natomiast przez pole magnetyczne.

Satelita Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) został wystrzelony 9 grudnia 2021 roku i krąży na orbicie okołoziemskiej. Jest to projekt realizowany we współpracy pomiędzy NASA i Włoską Agencją Kosmiczną. (PAP)

cza/ ekr/