Bu çizim, sağda NASA’nın IXPE uzay aracını, solda blazar Markarian 501’i gözlemlerken göstermektedir. Bir blazar, Dünya’ya doğrultulmuş yüksek enerjili parçacıkların parlak bir jeti ile bir gaz ve toz diski ile çevrili bir kara deliktir. Küçük resimde jetteki (mavi) yüksek enerjili parçacıklar gösterilmektedir. Kredi bilgileri: NASA/Pablo Garcia
Blazarlar, evrendeki en parlak nesnelerden bazılarıdır. Bir süper kütleden oluşurlar Kara delik her iki tarafta diske dik iki güçlü jet oluşturabilen bir disk içinde etrafında dönen malzemeyi besliyor. Bir blazar, teleskoplarımızın bakış açısından özellikle parlak görünür, çünkü yüksek hızlı parçacıklardan oluşan güçlü jetlerinden biri doğrudan Dünya’yı işaret eder. Onlarca yıldır bilim adamları merak ettiler: Bu jetlerdeki parçacıklar nasıl bu kadar yüksek enerjilere hızlanıyor?
NASA’nın Görüntüleme X-Ray Polarimetri Kaşifi veya IXPE, astronomların bir cevaba yaklaşmasına yardımcı oldu. Dergide 23 Kasım’da yayınlanan yeni bir çalışmada DoğaBüyük bir uluslararası işbirliği tarafından yazılan astronomlar, parçacık ivmesi için en iyi açıklamanın jet içindeki bir şok dalgası olduğunu buluyor.
Çalışmanın baş yazarı ve Finlandiya Astronomi Merkezi FINCA’da astronom olan Yannis Liodakis, “Bu, çözdüğümüz 40 yıllık bir gizem” dedi. ESO. “Nihayet yapbozun tüm parçalarına sahiptik ve oluşturdukları resim netti.”
Sanatçının IXPE’yi Dünya yörüngesindeki temsili. Kredi bilgileri: NASA
Dünya yörüngesindeki IXPE uydusu, 9 Aralık 2021’de fırlatıldı. NASA ve İtalyan Uzay Ajansı, daha önce uzaydan erişilemeyen özel bir tür veri sağlıyor. Bu yeni veri, X-ışını ışığının polarizasyonunun ölçümünü içerir, yani IXPE, X-ışınlarını oluşturan ışık dalgalarının elektrik alanının ortalama yönünü ve yoğunluğunu saptar. X-ışını ışığındaki elektrik alan yönelimi ve kutuplaşmanın boyutu hakkındaki bilgilere Dünya’daki teleskoplar tarafından erişilemez çünkü atmosfer uzaydan gelen X-ışınlarını emer.
“Bu, çözdüğümüz 40 yıllık bir gizem. Sonunda yapbozun tüm parçalarına sahiptik ve ortaya çıkardıkları resim netti.” — Yannis Liodakis
Immacolata Donnarumma, “Bu sınıftaki kaynakların ilk X-ışını polarizasyon ölçümleri, radyodan çok yüksek enerjili gama ışınlarına kadar diğer ışık frekanslarının gözlemlenmesinden geliştirilen modellerle ilk kez doğrudan bir karşılaştırmaya izin verdi” dedi. İtalyan Uzay Ajansı’nda IXPE için proje bilimcisi. “Mevcut veriler analiz edildikçe ve gelecekte ek veriler elde edildikçe IXPE yeni kanıtlar sunmaya devam edecek.”
Yeni çalışma, Herkül takımyıldızında Dünya’dan yaklaşık 450 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir blazar olan Markarian 501’i işaret etmek için IXPE’yi kullandı. Bu aktif kara delik sistemi, büyük bir eliptik galaksinin merkezinde yer almaktadır.
IXPE, Markarian 501’i 2022 Mart ayının başlarında üç gün boyunca ve ardından iki hafta sonra tekrar izledi. Bu gözlemler sırasında gökbilimciler, radyo, optik ve X-ışınları da dahil olmak üzere çok çeşitli dalga boylarında blazar hakkında bilgi toplamak için uzayda ve yerde başka teleskoplar kullandılar. Diğer çalışmalar geçmişte blazarlardan gelen düşük enerjili ışığın polarizasyonuna bakmış olsa da, bilim adamları ilk kez bir blazarın parçacık ivmesinin kaynağına daha yakın yayılan X-ışınları üzerinde bu perspektifi elde edebildiler.
Bu çizim, sağda NASA’nın IXPE uzay aracını, solda blazar Markarian 501’i gözlemlerken göstermektedir. Bir blazar, Dünya’ya doğrultulmuş yüksek enerjili parçacıkların parlak bir jeti ile bir gaz ve toz diski ile çevrili bir kara deliktir. Küçük resimde jetteki (mavi) yüksek enerjili parçacıklar gösterilmektedir. Parçacıklar, beyaz bir çubuk olarak gösterilen şok dalgasına çarptığında, parçacıklar enerjilenir ve hızlanırken X-ışınları yayarlar. Şoktan uzaklaşarak daha düşük enerjili ışık yayarlar: önce görünür, sonra kızılötesi ve radyo dalgaları. Şoktan uzaklaştıkça, manyetik alan çizgileri daha kaotiktir ve parçacık akışında daha fazla türbülansa neden olur. Kredi bilgileri: NASA/Pablo Garcia
Boston Üniversitesi’nde IXPE ile dev kara delikleri inceleyen grubun başındaki astronom Alan Marscher, “Radyo, kızılötesi ve optik polarizasyon cephaneliğimize X-ışını polarizasyonu eklemek bir oyun değiştiricidir” dedi.
Bilim adamları, X-ışını ışığının radyodan daha polarize olan optikten daha polarize olduğunu buldular. Ancak polarize ışığın yönü, gözlemlenen ışığın tüm dalga boyları için aynıydı ve ayrıca jetin yönü ile aynı hizadaydı.
Gökbilimciler ekibi, bilgilerini teorik modellerle karşılaştırdıktan sonra, verilerin bir şok dalgasının jet parçacıklarını hızlandırdığı bir senaryoya en yakın şekilde eşleştiğini fark etti. Dünya atmosferinde süpersonik bir jet uçarken olduğu gibi, bir şey çevreleyen malzemenin ses hızından daha hızlı hareket ettiğinde bir şok dalgası üretilir.
Çalışma, hala gizemli olan şok dalgalarının kökenlerini araştırmak için tasarlanmamıştı. Ancak bilim adamları, jetin akışındaki bir bozukluğun jetin bir bölümünün süpersonik hale gelmesine neden olduğunu varsayıyorlar. Bu, jet içindeki yüksek enerjili parçacık çarpışmalarından veya jet sınırındaki ani basınç değişikliklerinden kaynaklanabilir.
Marscher, “Şok dalgası bölgeyi geçerken manyetik alan güçleniyor ve parçacıkların enerjisi yükseliyor” dedi. “Enerji, şok dalgasını oluşturan malzemenin hareket enerjisinden gelir.”
Parçacıklar dışarı doğru hareket ederken, son derece enerjik oldukları için önce X-ışınları yayarlar. Şokun bulunduğu yerden daha uzağa, türbülanslı bölgeden dışarıya doğru hareket ederek enerji kaybetmeye başlarlar, bu da optik ve ardından radyo dalgaları gibi daha az enerjik ışık yaymalarına neden olur. Bu, suyun akışının bir şelaleyle karşılaştıktan sonra nasıl daha çalkantılı hale geldiğine benzer – ama burada manyetik alanlar bu türbülansı yaratıyor.
Bilim adamları, polarizasyonun zaman içinde değişip değişmediğini görmek için Markarian 501 blazarını gözlemlemeye devam edecekler. IXPE ayrıca iki yıllık ana görevi sırasında daha geniş bir blazar koleksiyonunu araştıracak ve evren hakkında daha uzun süredir devam eden gizemleri keşfedecek. Marscher, “Bu, insanlığın doğayı ve tüm egzotikliğini anlamaya yönelik ilerlemesinin bir parçası” dedi.
Referans: “Polarize blazar X-ışınları, şoklarda parçacık ivmesini ifade eder” yazan Ioannis Liodakis, Alan P. Marscher, Iván Agudo, Andrei V. Berdyugin, Maria I. Bernardos, Giacomo Bonnoli, George A. Borman, Carolina Casadio, Vi´ctor Casanova, Elisabetta Cavazzuti, Nicole Rodriguez Cavero, Laura Di Gesu, Niccoló Di Lalla, Immacolata Donnarumma, Steven R. Ehlert, Manel Errando, Juan Escudero, Maya Garci´a-Comas, Beatriz Agi´s-González, César Husillos, Jenni Jormanainen , Svetlana G. Jorstad, Masato Kagitani, Evgenia N. Kopatskaya, Vadim Kravtsov, Henric Krawczynski, Elina Lindfors, Elena G. Larionova, Grzegorz M. Madejski, Frédéric Marin, Alessandro Marchini, Herman L. Marshall, Daria A. Morozova, Francesco Massaro, Joseph R. Masiero, Dimitri Mawet, Riccardo Middei, Maxwell A. Millar-Blanchaer, Ioannis Myserlis, Michela Negro, Kari Nilsson, Stephen L. O’Dell, Nicola Omodei, Luigi Pacciani, Alessandro Paggi, Georgia V. Panopoulou, Abel L. Peirson, Matteo Perri, Pierre-Olivier Petrucci, Juri Pou tanen, Simonetta Puccetti, Roger W. Romani, Takeshi Sakanoi, Sergey S. Savchenko, Alfredo Sota, Fabrizio Tavecchio, Samaporn Tinyanont, Andrey A. Vasilyev, Zachary R. Weaver, Alexey V. Zhovtan, Lucio A. Antonelli, Matteo Bachetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Raffaella Bonino, Alessandro Brez, Niccoló Bucciantini, Fiamma Capitanio, Simone Castellano, Stefano Ciprini, Enrico Costa, Alessandra De Rosa, Ettore Del Monte, Alessandro Di Marco, Victor Doroshenko, Michal Dovciak, Teruaki Enoto, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Riccardo Ferrazzoli, Javier A. Garcia, Shuichi Gunji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Heyl, Wataru Iwakiri, Vladimir Karas, Takao Kitaguchi, Jeffery J. Kolodziejczak, Fabio La Monaca, Luca Latronico, Simone Maldera, Alberto Manfreda, Andrea Marinucci, Giorgio Matt, Ikuyuki Mitsuishi, Tsunefumi Mizuno, Fabio Muleri, Stephen C.-Y. Ng, Chiara Oppedisano, Alessandro Papitto, George G. Pavlov, Melissa Pesce-Rollins, Maura Pilia, Andrea Possenti, Brian D. Ramsey, John Rankin, Ajay Ratheesh, Carmelo Sgró, Patrick Slane, Paolo Soffitta, Gloria Spandre, Toru Tamagawa, Roberto Taverna, Yuzuru Tawara, Allyn F. Tennant, Nicolas E. Thomas, Francesco Tombesi, Alessio Trois, Sergey Tsygankov, Roberto Turolla, Jacco Vink, Martin C. Weisskopf, Kinwah Wu, Fei Xie ve Silvia Zane, 23 Kasım 2022, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0