Учені розкрили таємницю утворення рентгенівського випромінювання в блазарах

Міжнародна команда науковців здійснила важливий прорив у розумінні процесів, що відбуваються навколо надмасивних чорних дір. Використовуючи дані рентгенівського телескопа IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) у поєднанні з наземними радіо- та оптичними телескопами, дослідники змогли пояснити механізм утворення рентгенівського випромінювання в струменях блазара BL Lacertae.

Блазар BL Lacertae являє собою надмасивну чорну діру, оточену яскравим диском речовини та потужними струменями, спрямованими у бік Землі. Це космічне утворення, яке спочатку вважали змінною зорею в сузір'ї Ящірки, стало одним із перших відкритих блазарів і тепер допомогло розв'язати давню загадку астрофізики.

Перед науковцями стояло завдання визначити, який саме механізм відповідає за генерацію рентгенівського випромінювання в таких екстремальних умовах. Існували дві конкуруючі гіпотези: одна пов'язувала це явище з протонами, інша — з електронами. Кожен із цих механізмів мав би залишати різний «підпис» у поляризації рентгенівського випромінювання.

Телескоп IXPE, запущений 9 грудня 2021 року, є єдиним сучасним супутником, здатним здійснювати такі поляризаційні вимірювання. Наприкінці листопада 2023 року протягом семи днів він спостерігав за BL Lacertae разом із кількома наземними телескопами, які одночасно вимірювали оптичну та радіополяризацію.

«Це була одна з найбільших загадок щодо струменів надмасивних чорних дір», — зазначив Іван Агудо, провідний автор дослідження та астроном Інституту астрофізики Андалусії (CSIC) в Іспанії. «І IXPE, за допомогою низки допоміжних наземних телескопів, нарешті надав нам інструменти для її розв'язання».

Особливістю цього спостереження стало те, що оптична поляризація BL Lacertae досягла рекордного значення — 47,5%. «Це не лише найвища поляризація BL Lac за останні 30 років, це найвища поляризація, яку коли-небудь спостерігали у будь-якого блазара!» — підкреслив Іоанніс Ліодакіс, один із головних авторів дослідження та астрофізик Інституту астрофізики FORTH у Греції.

Водночас IXPE виявив, що рентгенівське випромінювання було значно менш поляризованим, ніж оптичне світло. Команді не вдалося виміряти сильний поляризаційний сигнал, і було встановлено, що поляризація рентгенівського випромінювання не може перевищувати 7,6%. Це відкриття довело, що за генерацію рентгенівського випромінювання відповідає взаємодія електронів з фотонами через ефект Комптона.

Комптонівське розсіювання відбувається, коли фотон втрачає або набуває енергію після взаємодії з зарядженою частинкою, зазвичай електроном. У струменях надмасивних чорних дір електрони рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. IXPE допоміг науковцям з'ясувати, що в струмені блазара електрони мають достатньо енергії, щоб розсіювати фотони інфрачервоного світла до рентгенівських довжин хвиль.

«Той факт, що оптична поляризація була настільки вищою, ніж у рентгенівських променях, можна пояснити лише комптонівським розсіюванням», — пояснив Стівен Елерт, науковий керівник проєкту IXPE та астроном Центру космічних польотів Маршалла.

Енріко Коста, астрофізик Римського інституту астрофізики та планетології Національного інституту астрофізики, який був одним із творців експерименту IXPE, відзначив важливість цього відкриття: «IXPE вдалося розв'язати ще одну загадку чорної діри. Поляризоване рентгенівське бачення IXPE розв'язало кілька давніх таємниць, і це одна з найважливіших».

Дослідники планують продовжити вивчення подібних об'єктів, оскільки блазари змінюються з часом і часто дивують науковців. IXPE, спільна місія NASA та Італійського космічного агентства з партнерами та науковими співробітниками у 12 країнах, продовжує надавати безпрецедентні дані, що уможливлюють революційні відкриття про небесні об'єкти у всьому Всесвіті.