Ahora sabemos por qué los chorros de los agujeros negros emiten radiación de alta energía
Agrandar / Los chorros de material expulsados alrededor de los agujeros negros pueden ser enormes. Los núcleos galácticos activos, alimentados por los agujeros negros supermasivos que contienen, son los objetos más brillantes del universo. La luz proviene de chorros de material expulsados alrededor del agujero negro a casi la velocidad de la luz. En la mayoría de los casos, estos núcleos galácticos activos se denominan cuásares. Pero en raras ocasiones, cuando uno de los chorros apunta directamente a la Tierra, se les llama blazars y parecen más brillantes. Si bien se ha elaborado una descripción general de cómo funciona un blazar, algunos detalles aún no se comprenden bien, incluida la forma en que el material que se mueve rápidamente crea tanta luz. Ahora, los investigadores han apuntado un nuevo observatorio espacial llamado Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) a uno de los blazares más brillantes del cielo. En conjunto, los datos de esta y otras observaciones sugieren que la luz se produce cuando los chorros del agujero negro chocan con materiales que se mueven más lentamente.
chorros y luz
El IXPE se especializa en detectar la polarización de fotones de alta energía – la alineación de las ondas en el campo eléctrico de la luz. La información de polarización puede decirnos algo sobre los procesos que crearon los fotones. Por ejemplo, los fotones que se originan en un entorno turbulento tienen una polarización esencialmente aleatoria, mientras que un entorno más estructurado tiende a producir fotones con un rango limitado de polarizaciones. La luz que penetra la materia o los campos magnéticos también pueden cambiar su polarización. Esto resulta útil para estudiar blazars. Los fotones de alta energía emitidos por estos objetos son generados por partículas cargadas en los chorros. Cuando estos objetos cambian de rumbo o desaceleran, deben emitir energía en forma de fotones. Moviéndose casi a la velocidad de la luz, tienen que arrojar mucha energía, lo que permite que los blazares emitan en todo el espectro, desde ondas de radio hasta rayos gamma, algunos de los cuales permanecen en estas energías de corrimiento al rojo durante miles de millones de años. Entonces surge la pregunta de qué frena estas partículas. Hay dos principios rectores. Una es que el entorno de los chorros es turbulento, con acumulaciones caóticas de materiales y campos magnéticos. Esto ralentiza las partículas y el entorno caótico significaría que la polarización se vuelve en gran medida aleatoria. La idea alternativa involucra una onda de choque donde el material de las boquillas rebota en el material más lento y se ralentiza. Este es un proceso relativamente ordenado y produce una polarización que tiene un rango relativamente limitado y se vuelve más pronunciada a energías más altas.
Entra IXPE
El nuevo conjunto de observaciones es una campaña coordinada para mapear Blazar Markarian 501 utilizando una variedad de telescopios que detectan polarización en longitudes de onda más largas, con IXPE procesando los fotones de mayor energía. Además, los investigadores buscaron en los archivos de varios observatorios para obtener observaciones previas de Markarian 501, lo que les permitió determinar si la polarización es estable en el tiempo. En general, las polarizaciones medidas estaban separadas solo unos pocos grados en todo el espectro, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. También fue estable con el tiempo y su orientación aumentó a energías de fotones más altas. Todavía hay una pequeña variación en la polarización, lo que sugiere que hay un desorden relativamente menor en el lugar de la colisión, lo que no es realmente sorprendente. Pero está mucho menos desordenado de lo que cabría esperar de un material turbulento con intrincados campos magnéticos. Si bien estos resultados brindan una mejor comprensión de cómo los agujeros negros producen luz, este proceso se basa en última instancia en la generación de chorros que ocurre mucho más cerca del agujero negro. Todavía no se comprende realmente cómo se forman estos chorros, por lo que la gente que estudia astrofísica de agujeros negros todavía tiene razones para volver al trabajo después del fin de semana festivo. Naturaleza, 2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0 (Acerca de los DOI).
