Pagaliau sužinojome, kaip juodosios skylės sukuria ryškiausią šviesą Visatoje

Juodosios skylės, neskleidžiančios jokios šviesos, kurią galėtume aptikti, tiesiog mėgsta švytėti.

Iš tiesų, vieni ryškiausių šviesos šaltinių Visatoje yra supermasyvios juodosios skylės. Na, iš tikrųjų ne pačios juodosios skylės, o aplink jas esanti medžiaga, nes jos aktyviai siurbia didžiulius kiekius medžiagos iš savo artimiausios aplinkos.

Vienos ryškiausių iš šių karštos medžiagos sūkurių yra galaktikos, vadinamos blazarais. Jos ne tik švyti virpančio kailio karščiu, bet ir nukreipia medžiagą į "liepsnojančius" pluoštus, kurie skrieja per kosmosą, skleisdami sunkiai suvokiamos energijos elektromagnetinę spinduliuotę.

Mokslininkai pagaliau išsiaiškino mechanizmą, sukuriantį neįtikėtinai didelės energijos šviesą, kuri mus pasiekia iš milijardų metų senumo: Juodosios skylės čiurkšlės smūgiai padidina dalelių greitį iki protu nesuvokiamo greičio.

"Tai 40 metų senumo paslaptis, kurią mes išsprendėme, - sako Suomijos astronomijos centro su ESO (FINCA) astronomas Yannis Liodakis. "Pagaliau turėjome visas dėlionės dalis, ir jų sudarytas vaizdas buvo aiškus".

Dauguma galaktikų Visatoje yra sukurtos aplink supermasyvią juodąją skylę. Šie protu nesuvokiamo dydžio objektai yra galaktikos centre ir kartais daro labai mažai (kaip Šaulys A*, juodoji skylė, esanti Pieno kelio širdyje), o kartais - labai daug.

Šią veiklą sudaro medžiagos akrecija. Didžiulis debesis susitelkia į ekvatorinį diską aplink juodąją skylę, aplenkdamas ją kaip vanduo aplink kanalizaciją. Dėl trinties ir gravitacinės sąveikos, vykstančios ekstremalioje juodąją skylę supančioje erdvėje, ši medžiaga įkaista ir ryškiai šviečia įvairiuose bangų ilgiuose. Tai vienas iš juodosios skylės šviesos šaltinių.

Kitas - blazarų - šaltinis yra iš juodosios skylės išorėje esančių poliarinių sričių, statmenai diskui, paleistos medžiagos srovės dvynės. Manoma, kad šios čiurkšlės yra medžiaga iš vidinio disko krašto, kuri, užuot kritusi link juodosios skylės, pagreitėja išilgai išorinio magnetinio lauko linijų į polius, kur ji paleidžiama labai dideliu greičiu, artimu šviesos greičiui.

Kad galaktiką būtų galima priskirti blazarams, šie purkštukai turi būti nukreipti beveik tiesiai į žiūrovą. Tai esame mes, Žemėje. Dėl itin didelio dalelių pagreičio jie skleidžia šviesą visame elektromagnetiniame spektre, įskaitant didelės energijos gama ir rentgeno spindulius.

Kaip tiksliai ši srovė pagreitina daleles iki tokio didelio greičio, dešimtmečius buvo didžiulis kosminis klausimas. Tačiau dabar naujas galingas rentgeno spindulių teleskopas "Imaging X-ray Polarimetry Explorer" (IXPE), paleistas 2021 m. gruodį, suteikė mokslininkams raktą šiai paslapčiai įminti. Tai pirmasis kosminis teleskopas, atskleidžiantis rentgeno spindulių orientaciją, arba poliarizaciją.

"Pirmieji šios klasės šaltinių rentgeno spindulių poliarizacijos matavimai pirmą kartą leido tiesiogiai palyginti su modeliais, sukurtais stebint kitų dažnių šviesą - nuo radijo iki labai didelės energijos gama spindulių", - sako Italijos kosmoso agentūros astronomė Immacolata Donnarumma.

IXPE buvo nukreiptas į ryškiausią didelės energijos objektą mūsų danguje - blazarą, vadinamą Markarian 501, esantį už 460 mln. šviesmečių Herkulio žvaigždyne. Iš viso 2022 m. kovo mėn. teleskopas šešias dienas rinko duomenis apie blazaro reaktyvinės srovės skleidžiamą rentgeno spinduliuotę.

Iliustracija, kurioje pavaizduota IXPE, stebinti Markarian 501. Šviesa praranda energiją tolstant nuo smūgio fronto. (Pablo Garcia/NASA/MSFC)

Tuo pat metu kitos observatorijos matavo šviesą kituose bangų ilgių diapazonuose, nuo radijo iki optinio, kurie anksčiau buvo vieninteliai turimi duomenys apie Markarian 501.

Netrukus komanda pastebėjo įdomų rentgeno spindulių šviesos skirtumą. Jos orientacija buvo gerokai labiau susisukusi, arba poliarizuota, nei mažesnės energijos bangų ilgių. O optinė šviesa buvo labiau poliarizuota nei radijo dažniai.

Tačiau poliarizacijos kryptis buvo vienoda visiems bangų ilgiams ir sutapo su srovės kryptimi. Tai, kaip nustatė komanda, atitinka modelius, pagal kuriuos smūgiai čiurkšlėse sukelia smūgines bangas, suteikiančias papildomą pagreitį išilgai čiurkšlės. Arčiausiai smūgio šis pagreitis yra didžiausias, todėl susidaro rentgeno spinduliuotė. Toliau išilgai čiurkšlės dalelės praranda energiją, todėl susidaro mažesnės energijos optinė, o vėliau - radijo spinduliuotė su mažesne poliarizacija.

"Smūgio bangai kertant regioną, magnetinis laukas stiprėja, o dalelių energija didėja", - sako Bostono universiteto astronomas Alanas Maršeris (Alan Marscher). "Energija gaunama iš smūginę bangą sukeliančios medžiagos judėjimo energijos".

Neaišku, kas sukelia smūgius, tačiau vienas iš galimų mechanizmų - greitesnė medžiaga čiurkšlėje pasiveja lėčiau judančius gumulėlius, todėl įvyksta susidūrimai. Ateities tyrimai galėtų padėti patvirtinti šią hipotezę.

Kadangi blazarai yra vieni galingiausių dalelių greitintuvų Visatoje ir viena geriausių laboratorijų ekstremaliajai fizikai pažinti, šis tyrimas žymi gana svarbią dėlionės dalį.

Ateityje bus tęsiami Markarian 501 stebėjimai, o IXPE bus nukreiptas į kitus blazarus, siekiant išsiaiškinti, ar galima aptikti panašią poliarizaciją.

Tyrimas paskelbtas žurnale "Nature Astronomy".

P komentaras: užsienis rašo, todėl tiesos ieškokite "duonos trupiniais"... atsirinkite faktus. Patiko pasidalinkite.

Iliustracija: Astrofizikinių čiurkšlių, išsiveržiančių iš aktyvaus galaktikos branduolio, meninis įspūdis. (ESO/M. Kornmesser)