NASA разкри тайната на рентгеновото излъчване на свръхмасивна черна дупка

Свръхмасивна черна дупка, блазар BL Lacertae, благодарение на ново международно изследване с помощта на рентгенов поляриметричен апарат на НАСА (IXPE), най-накрая показа как тези космически обекти генерират рентгеново излъчване. При блазара BL Lacertae джетовете са насочени директно към Земята, изригвайки от свръхмасивна черна дупка, обградена от ярко гало, което създава оптимални условия за научно изучаване на нейното рентгеново излъчване. Ново проучване, включващо подробен анализ на поляризацията, потвърждава, че взаимодействието между електрони и фотони е причината за тези рентгенови излъчвания. Блазар BL Lacertae Ярък акреционен диск обгражда свръхмасивна черна дупка, а виеща се маса от вещество се движи по спирала към хоризонта на събитията на небесното тяло. Докато акрецията привлича материята навътре, тя също изхвърля потоци от електрони навън почти със скоростта на светлината, обградени от спирални магнитни полета. За да проследят този сложен процес и да разберат как блазарът BL Lacertae генерира рентгеново излъчване, изследователите обединиха наблюденията на IXPE с данни от други радио- и оптични телескопи. След откриването му през 1929 г. астрономите първо приеха BL Lacertae за променлива звезда. Десетилетия наблюдения доведоха до това, че учените я идентифицираха като един от първите известни блазари – ядро на галактика, изхвърлящо струя йонизирана материя почти със скоростта на светлината, термин, въведен през 1978 г.

Проверка хипотези за произхода на рентгеновите лъчи

Преди това изследване астрофизиците обсъждаха две конкурентни обяснения за това как черните дупки генерират рентгеново излъчване. Според една от теориите, за това са отговорни протоните, които взаимодействат с фотоните на струята или магнитните полета. Другата предполагаше, че рентгеновите лъчи възникват в резултат на електронно-фотонни взаимодействия. Започвайки работа по проекта, учените знаеха, че измерването на поляризацията на рентгеновите лъчи ще позволи да се определи коя от хипотезите е вярна. Голяма поляризация сочеше към протонния модел, а по-малка – към електронния. Само IXPE разполагаше с достатъчна точност за провеждането на такива измервания, които бяха проведени в продължение на седем дни в края на ноември 2023 г. „Това беше една от най-големите загадки, свързани с джетовете на свръхмасивни черни дупки“, казва водещият автор на изследването Иван Агудо, астроном от Института по астрофизика на Андалусия – CSIC в Испания. „И IXPE, с помощта на редица спомагателни наземни телескопи, най-накрая ни предостави инструментите за решаване на този проблем.“ Електронно доказателство След като анализираха данните от IXPE, учените потвърдиха електронната хипотеза с помощта на доказателства за Комптонгово разсейване. Ефектът на Комптон възниква, когато фотоните получават или губят енергия при взаимодействие с частици, обикновено електрони. Електроните в струите на BL Lacertae имаха достатъчно енергия, за да разсейват инфрачервените фотони в рентгеновия диапазон. По време на този период на наблюдения BL Lacertae достигна висока оптична поляризация от 47,5 %, докато в рентгеновите лъчи поляризацията беше по-малко от 7,6 %.

Това разминаване показва, че електроните, благодарение на ефекта на Комптон, са взаимодействали с фотоните, генерирайки рентгеново излъчване. „Това не е само най-поляризираният BL Lac за последните 30 години, това е най-поляризираният блазар, наблюдаван някога!“, каза съавторът на изследването Йоанис Лиодакис, астрофизик от Института по астрофизика – FORTH в Гърция. IXPE продължава наблюдения Стартиралият през 2021 г. IXPE е съвместна работа на NASA и десетки други страни. Мисията за изучаване на рентгеновата поляризация в черни дупки, квазари, пулсари и други космически обекти има още малко повече от година и половина планирана работа. „IXPE успя да разгадае още една загадка на черните дупки“, казва Енрико Коста, астрофизик от Института по астрофизика и планетология към Националния институт по астрофизика в Рим. “Поляризираното рентгеново зрение на IXPE позволи да се решат няколко дългогодишни загадки, а тази е една от най-важните. В някои други случаи резултатите от IXPE оспориха утвърдени мнения и откриха нови загадки, но точно така работи науката и без съмнение IXPE се занимава с много добра наука“. „Искаме да се опитаме да намерим колкото се може повече такива обекти“, казва Елерт. „Блазарите се променят много с времето и са пълни с изненади“.