Ahora sabemos por qué los chorros de agujeros negros emiten radiación de alta energía

Los núcleos galácticos activos, alimentados por los agujeros negros supermasivos que contienen, son los objetos más brillantes del universo. La luz se origina a partir de chorros de material que son expulsados ​​casi a la velocidad de la luz desde el entorno que rodea al agujero negro. 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 llama blazar y parece mucho más brillante.

Si bien se ha elaborado el esquema general de cómo funciona el blazar, muchos detalles aún no se comprenden bien, incluida la forma en que la materia que se mueve rápidamente genera tanta luz. Ahora, los investigadores han convertido un nuevo observatorio espacial llamado Explorador de imágenes de rayos X polarizantes (IXPE) hacia una de las llamas más brillantes del cielo. Tomados en conjunto, los datos de este y otras observaciones indican que la luz se produce cuando los chorros de agujeros negros chocan con materia de movimiento lento.

aviones y luz

IXPE se especializa en detectar la polarización de fotones de alta energía, la dirección de las vibraciones 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 desordenado tendrán polarizaciones esencialmente aleatorias, mientras que un entorno más ordenado tiende a producir fotones con un rango limitado de polarizaciones. La luz que atraviesa materiales o campos magnéticos también puede cambiar su polarización.

Se ha demostrado que esto es útil en el estudio de los blazares. Los fotones de alta energía que emiten estos objetos son generados por las partículas cargadas en los chorros. Cuando estos objetos cambian de trayectoria o disminuyen la velocidad, tienen que ceder energía en forma de fotones. Debido a que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz, tienen mucha energía a la que renunciar, lo que permite que los blazares emitan en todo el espectro, desde ondas de radio hasta rayos gamma, algunos de los cuales permanecen en esas energías a pesar de miles de millones de años de corrimiento al rojo. .

Entonces, la pregunta es qué hace que estas partículas disminuyan la velocidad. Hay dos ideas principales. Uno de esos factores es que el entorno de los aviones es turbulento, con acumulaciones caóticas de materiales y campos magnéticos. Esto hace que las partículas disminuyan la velocidad y un entorno caótico significará que la polarización se vuelve en gran medida aleatoria.

Una idea alternativa involucra una onda de choque, donde el material de los chorros choca con el material que se mueve lentamente, ralentizándolo. Este es un proceso relativamente ordenado, que produce una polarización de banda relativamente limitada que se vuelve más pronunciada a energías más altas.

Entra IXPE

El nuevo conjunto de observaciones es una campaña coordinada para registrar Blazar Markarian 501 utilizando una variedad de telescopios que capturan la polarización en longitudes de onda más largas, con IXPE manejando los fotones de mayor energía. Además, los investigadores buscaron en los archivos de varios observatorios observaciones anteriores de Markarian 501, lo que les permitió determinar si la polarización era estable a lo largo del tiempo.

En general, en todo el espectro, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, las polarizaciones medidas se encontraban dentro de unos pocos grados entre sí. También fue estable con el tiempo, y su alineación aumentó a energías de fotones más altas.

Todavía hay una pequeña diferencia en la polarización, lo que indica una perturbación relativamente leve en el lugar de la colisión, lo que no es realmente una sorpresa. Pero es mucho menos turbulento de lo que cabría esperar de la materia turbulenta con campos magnéticos complejos.

Si bien estos resultados brindan una mejor comprensión de cómo los agujeros negros producen luz, este proceso depende en última instancia de la producción de chorros, que ocurren cerca del agujero negro. Todavía no se comprende realmente cómo se forman estos chorros, por lo que las personas que estudian la astrofísica de los agujeros negros todavía tienen motivos para volver al trabajo después del fin de semana.

naturaleza2022. DOI: 10.1038 / s41586-022-05338-0 (Acerca de los DOI).