Nous savons enfin comment les trous noirs produisent la lumière la plus brillante de l’univers : ScienceAlert

Pour quelque chose qui n’émet pas de lumière Nous pouvons le découvrirEt le trous noirs J’adore s’immerger dans l’éclat.

En fait, une partie de la lumière la plus brillante de l’univers provient de trous noirs supermassifs. Eh bien, pas vraiment les trous noirs eux-mêmes ; C’est la matière qui les entoure car ils dispersent activement d’énormes quantités de matière de leur environnement immédiat.

Parmi les plus brillants de ces flotteurs tourbillonnants de matière chaude se trouvent des galaxies connues sous le nom de blazars. Non seulement ils brillent avec la chaleur de la coquille du vortex, mais ils canalisent également la matière dans des faisceaux « évasés » qui voyagent à travers l’univers, émettant un rayonnement électromagnétique à des énergies difficiles à comprendre.

Les scientifiques ont enfin découvert le mécanisme de production de l’étonnante lumière à haute énergie qui nous atteint il y a des milliards d’années : les chocs dans Trou noirDes jets qui accélèrent les particules à des vitesses étonnantes.

« C’est un mystère vieux de 40 ans résolu », dit l’astronome Yannis Lioudakis Centre finlandais d’astronomie avec l’ESO (FINCA). « Nous avons finalement réuni toutes les pièces du puzzle et l’image qu’elles ont peinte était claire. »

La plupart des galaxies de l’univers sont construites autour d’un trou noir supermassif. Ces objets d’une taille époustouflante se trouvent au centre de la galaxie, faisant parfois très peu (par exemple arquer un *le trou noir au cœur de la Voie Lactée) et parfois il en fait trop.

Cette activité consiste en un matériel cumulatif. Un énorme nuage se rassemble dans un disque équatorial autour du trou noir et tourne autour de lui comme l’eau autour du drain. Les interactions frictionnelles et gravitationnelles dans l’espace extrême entourant le trou noir provoquent le réchauffement et la brillance de cette matière sur une gamme de longueurs d’onde. C’est l’une des sources de lumière du trou noir.

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L’autre – qui se déroule dans les blazars – est constitué de jets jumeaux de matière tirés des régions polaires à l’extérieur du trou noir, perpendiculairement au disque. On pense que ces jets sont du matériau provenant du bord intérieur du disque, et au lieu de tomber vers le trou noir, il est accéléré le long des lignes de champ magnétique extérieures jusqu’aux pôles, où il est tiré à des vitesses très élevées, proches de la vitesse de la lumière.

Pour classer une galaxie comme une place, ces jets doivent être dirigés presque directement vers le spectateur. C’est nous sur Terre. Grâce à l’accélération intense des particules, elles rayonnent de lumière sur tout le spectre électromagnétique, y compris les rayons gamma à haute énergie et les rayons X.

La façon exacte dont ce jet accélère les particules à des vitesses aussi élevées est un point d’interrogation cosmologique géant depuis des décennies. Mais maintenant, il existe un nouveau télescope à rayons X puissant appelé Polarimetry Explorer (X-ray Imaging Explorer).IXPE), lancé en décembre 2021, les scientifiques détiennent la clé pour résoudre le mystère. C’est le premier télescope spatial à détecter la direction ou la polarisation des rayons X.

« Les premières mesures de polarisation des rayons X de cette classe de sources ont permis, pour la première fois, une comparaison directe avec des modèles développés à partir de l’observation d’autres fréquences de lumière, de la radio aux rayons gamma de très haute énergie », dit l’astronome Immaculata Donnarumma Agence spatiale italienne.

IXPE a été converti en L’objet à haute énergie le plus brillant Dans notre ciel, un plezar appelé Markarian 501, situé à 460 millions d’années-lumière dans la constellation d’Hercule. Pendant six jours en mars 2022, le télescope a recueilli des données sur la lumière à rayons X émise par l’avion Blazar.

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Illustration montrant IXPE observant Markarian 501, la lumière perdant de l’énergie en s’éloignant de l’avant-plan de l’impact. (Pablo Garcia/NASA/MSFC)

Dans le même temps, d’autres observatoires mesuraient la lumière d’autres gammes de longueurs d’onde, de la radio à l’optique, qui étaient auparavant les seules données disponibles pour Markarian 501.

L’équipe a rapidement remarqué une étrange différence dans la lumière des rayons X. Leur orientation était significativement plus biaisée ou polarisée qu’aux longueurs d’onde à plus faible énergie. La lumière optique était plus polarisée que les fréquences radio.

Cependant, la direction de polarisation était la même pour toutes les longueurs d’onde et alignée sur la direction du plan. L’équipe a constaté que cela est cohérent avec les modèles dans lesquels les chocs dans les avions produisent des ondes de choc qui fournissent une accélération supplémentaire le long du jet. Plus près du choc, cette accélération est à son maximum, produisant des rayons X. Le long du plan, les particules perdent de l’énergie, ce qui entraîne une lumière d’énergie inférieure, puis une émission radio, avec moins de polarisation.

« Lorsque l’onde de choc traverse la région, le champ magnétique devient plus fort et l’énergie des particules augmente », dit l’astronome Alan Marcher de l’Université de Boston. « L’énergie provient de l’énergie cinétique du matériau créant l’onde de choc. »

On ne sait pas pourquoi les chocs se produisent, mais un mécanisme possible est que le matériau plus rapide dans le jet rattrape les agrégats plus lents, créant des collisions. Des recherches futures peuvent aider à confirmer cette hypothèse.

Étant donné que les blazars comptent parmi les accélérateurs de particules les plus puissants de l’univers et l’un des meilleurs laboratoires pour comprendre la physique extrême, cette recherche est une pièce très importante du puzzle.

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Les recherches futures continueront à surveiller Markarian 501 et à renvoyer l’IXPE à d’autres blazars pour voir si des polarisations similaires peuvent être détectées.

Recherche publiée dans astronomie naturelle.

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