IXPE НАСА обнаруживает частицы, генерирующие рентгеновское излучение в струях черных дыр
Эта концепция художника изображает центральную область блазара BL Lacertae, сверхмассивную черную дыру, окруженную ярким диском и струей, направленной к Земле. Автор: NASA/Pablo Garcia
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?
Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration, сокр. NASA (НАСА)) — независимое агентство федерального правительства США, находящееся в подчинении непосредственно президента США. Осуществляет гражданскую космическую программу страны, а также научные исследования воздушного и космического пространств и научно-технологические исследования в области авиации, воздухоплавания и космонавтики (по терминологии, принятой в США — астронавтики).
НАСА было создано в 1958 году после Национального консультативного комитета по воздухоплаванию, чтобы придать политике США по развитию космоса отчётливо гражданскую направленность с упором на мирное применение в космической науке. Википедия
Читайте также:Астероид 2024 YR4 может столкнуться с Луной в 2032 годуУникальный ПК, найденный случайно, выставлен на аукционСтарые суперкомпьютеры НАСА стали причиной задержки миссийНАСА надеется решить проблемы со связью «Вояджера-1»NASA обнаружило воду и углерод в образце астероида возрастом 4,5 миллиарда лет
Ученые имели два возможных конкурирующих объяснения рентгеновских лучей: одно с участием протонов, а другое с участием электронов. Каждый из этих механизмов получит 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», — 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 бросили вызов устоявшимся мнениям и открыли 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».
Больше информации: Ivan Agudo et al, High optical to X-ray polarization ratio reveals Compton scattering in BL Lacertae's jet, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2505.01832
Источник: NASA
0 комментариев