Wir wissen endlich, wie Schwarze Löcher das hellste Licht im Universum erzeugen: ScienceAlert

Für etwas, das kein Licht aussendet Wir können es entdeckenUnd die Schwarze Löcher Sie lieben es einfach, in das Funkeln einzutauchen.

Tatsächlich kommt einiges des hellsten Lichts im Universum von supermassiven Schwarzen Löchern. Nun, nicht wirklich die Schwarzen Löcher selbst; Es ist die Materie um sie herum, da sie aktiv riesige Mengen an Materie aus ihrer unmittelbaren Umgebung streuen.

Zu den hellsten dieser wirbelnden Schwebekörper aus heißer Materie gehören Galaxien, die als Blazare bekannt sind. Sie glühen nicht nur durch die Hitze der Wirbelhülle, sondern leiten auch Materie in „flackernde“ Strahlen, die durch das Universum wandern und elektromagnetische Strahlung mit schwer fassbaren Energien aussenden.

Wissenschaftler haben endlich den Mechanismus zur Erzeugung des erstaunlichen, hochenergetischen Lichts entdeckt, das uns vor Milliarden von Jahren erreicht: Erschütterungen Schwarzes LochJets, die Partikel auf erstaunliche Geschwindigkeiten beschleunigen.

„Das ist ein 40 Jahre altes Rätsel gelöst“ sagt der Astronom Yannis Lioudakis Finnisches Zentrum für Astronomie mit ESO (FINCA). „Wir haben endlich alle Teile des Puzzles hineinbekommen, und das Bild, das sie gezeichnet haben, war klar.“

Die meisten Galaxien im Universum sind um ein supermassereiches Schwarzes Loch herum gebaut. Diese verblüffend großen Objekte befinden sich im Zentrum der Galaxie und tun manchmal sehr wenig (z Bogen ein*das Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße) und manchmal macht es zu viel.

Diese Aktivität besteht aus angesammeltem Material. Eine riesige Wolke sammelt sich in einer äquatorialen Scheibe um das Schwarze Loch und dreht sich wie ein Kreis um es Wasser um den Abfluss. Reibungs- und Gravitationswechselwirkungen in dem extremen Raum, der das Schwarze Loch umgibt, bewirken, dass sich diese Materie aufheizt und hell über einen Bereich von Wellenlängen leuchtet. Dies ist eine der Lichtquellen des Schwarzen Lochs.

Die andere – die sich in Blazaren abspielt – sind zwei Materialstrahlen, die aus den Polarregionen außerhalb des Schwarzen Lochs senkrecht zur Scheibe geschossen werden. Es wird angenommen, dass diese Jets Material vom inneren Rand der Scheibe sind, und anstatt in Richtung des Schwarzen Lochs zu fallen, wird es entlang der äußeren Magnetfeldlinien zu den Polen beschleunigt, wo es mit sehr hoher Geschwindigkeit, nahe der Geschwindigkeit, geschossen wird von Licht.

Um eine Galaxie als Plazar zu klassifizieren, müssen diese Jets fast direkt auf den Betrachter gerichtet sein. Das sind wir auf der Erde. Dank der intensiven Beschleunigung der Partikel leuchten sie mit Licht im gesamten elektromagnetischen Spektrum, einschließlich hochenergetischer Gammastrahlen und Röntgenstrahlen.

Die genaue Art und Weise, wie dieser Jet Teilchen auf solch hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, ist seit Jahrzehnten ein riesiges kosmologisches Fragezeichen. Aber jetzt gibt es ein leistungsstarkes neues Röntgenteleskop namens Polarimetry Explorer (X-ray Imaging Explorer).IXPE), das im Dezember 2021 gestartet wurde, halten Wissenschaftler den Schlüssel zur Lösung des Rätsels in der Hand. Es ist das erste Weltraumteleskop, das die Richtung oder Polarisation von Röntgenstrahlen erkennt.

„Die ersten Röntgenpolarisationsmessungen dieser Quellenklasse ermöglichten erstmals einen direkten Vergleich mit Modellen, die aus der Beobachtung anderer Lichtfrequenzen, von Radio- bis zu sehr hochenergetischen Gammastrahlen, entwickelt wurden“, sagt die Astronomin Immaculata Donnarumma Italienische Weltraumagentur.

IXPE wurde konvertiert zu Das hellste hochenergetische Objekt An unserem Himmel ein Plezar namens Markarian 501, der sich 460 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Herkules befindet. Sechs Tage lang im März 2022 sammelte das Teleskop Daten über das von der Blazar-Ebene ausgestrahlte Röntgenlicht.

Gleichzeitig maßen andere Observatorien Licht aus anderen Wellenlängenbereichen, von Radio bis optisch, was zuvor die einzigen verfügbaren Daten für Markarian 501 waren.

Das Team bemerkte bald einen merkwürdigen Unterschied im Röntgenlicht. Ihre Orientierung war deutlich stärker verzerrt oder polarisiert als bei Wellenlängen mit niedrigerer Energie. Optisches Licht war stärker polarisiert als Radiofrequenzen.

Die Polarisationsrichtung war jedoch für alle Wellenlängen gleich und auf die Ebenenrichtung ausgerichtet. Das Team stellte fest, dass dies mit Modellen übereinstimmt, bei denen Stöße in Flugzeugen Stoßwellen erzeugen, die für zusätzliche Beschleunigung entlang des Jets sorgen. Näher am Schock ist diese Beschleunigung am höchsten und erzeugt Röntgenstrahlen. Entlang der Ebene verlieren die Teilchen Energie, was zu Licht mit geringerer Energie und dann zu Radioemission mit geringerer Polarisation führt.

„Wenn die Schockwelle die Region durchquert, wird das Magnetfeld stärker und die Energie der Teilchen nimmt zu“, sagt der Astronom Alan Marcher von der Boston University. „Die Energie kommt von der kinetischen Energie des Materials, das die Stoßwelle erzeugt.“

Es ist nicht klar, warum die Stöße auftreten, aber ein möglicher Mechanismus besteht darin, dass schnelleres Material im Strahl die langsameren Aggregate einholt und Kollisionen verursacht. Zukünftige Forschung kann helfen, diese Hypothese zu bestätigen.

Da Blazare zu den leistungsstärksten Teilchenbeschleunigern im Universum und zu den besten Laboratorien für das Verständnis extremer Physik gehören, ist diese Forschung ein sehr wichtiger Teil des Puzzles.

Zukünftige Forschungen werden Markarian 501 weiter überwachen und IXPE an andere Blazare verweisen, um zu sehen, ob ähnliche Polarisationen erkannt werden können.

Forschung veröffentlicht in natürliche Astronomie.