IXPE i NASA-s ndihmon në zgjidhjen e misterit të avionit të vrimës së zezë

Disa nga objektet më të shndritshme në qiell quhen blazars. Ato përbëhen nga një vrimë e zezë supermasive që ushqehet nga materiali që rrotullohet rreth saj në një disk, i cili mund të krijojë dy avionë të fuqishëm pingul me diskun në secilën anë. Një blazar është veçanërisht i ndritshëm sepse një nga avionët e tij të fuqishëm të grimcave me shpejtësi të lartë drejtohet drejt Tokës. Për dekada, shkencëtarët kanë pyetur veten: Si përshpejtohen grimcat në këto avionë në energji kaq të larta?

Eksploruesi i polarimetrisë me rreze X të NASA-s, ose IXPE, i ka ndihmuar astronomët t’i afrohen një përgjigjeje. Në një studim të ri në revistën Nature, autor i një bashkëpunimi të madh ndërkombëtar, astronomët zbulojnë se shpjegimi më i mirë për përshpejtimin e grimcave është një valë goditëse brenda avionit.

“Ky është një mister 40-vjeçar që ne e kemi zgjidhur,” tha Yannis Liodakis, autori kryesor i studimit dhe astronom në FINCA, Qendra Finlandeze për Astronomi me ESO. “Më në fund i patëm të gjitha pjesët e enigmës dhe fotografia që ata bënë ishte e qartë.”

I lëshuar në 9 dhjetor 2021, sateliti IXPE në orbitën e Tokës, një bashkëpunim midis NASA-s dhe Agjencisë Italiane të Hapësirës, ​​ofron një lloj të veçantë të dhënash që nuk kanë qenë kurrë të aksesueshme nga hapësira më parë. Këto të dhëna të reja përfshijnë matjen e polarizimit të dritës me rreze X, që do të thotë se IXPE zbulon drejtimin mesatar dhe intensitetin e fushës elektrike të valëve të dritës që përbëjnë rrezet X. Informacioni në lidhje me orientimin e fushës elektrike në dritën e rrezeve X, dhe shtrirjen e polarizimit, nuk është i arritshëm për teleskopët në Tokë, sepse atmosfera thith rrezet X nga hapësira.

“Masjet e para të polarizimit me rreze X të kësaj klase burimesh lejuan, për herë të parë, një krahasim të drejtpërdrejtë me modelet e zhvilluara nga vëzhgimi i frekuencave të tjera të dritës, nga radio në rrezet gama me energji shumë të lartë,” tha Immacolata Donnarumma, shkencëtar i projektit për IXPE në Agjencinë Italiane të Hapësirës. “IXPE do të vazhdojë të ofrojë prova të reja pasi të dhënat aktuale analizohen dhe të dhëna shtesë merren në të ardhmen.”

Studimi i ri përdori IXPE për të treguar Markarian 501, një blazar në konstelacionin Hercules. Ky sistem aktiv i vrimave të zeza ndodhet në qendër të një galaktike të madhe eliptike.

IXPE shikoi Markarian 501 për tre ditë në fillim të marsit 2022, dhe më pas përsëri dy javë më vonë. Gjatë këtyre vëzhgimeve, astronomët përdorën teleskopë të tjerë në hapësirë ​​dhe në tokë për të mbledhur informacion rreth blazarit në një gamë të gjerë gjatësi vale drite, duke përfshirë radion, optikën dhe rrezet X. Ndërsa studime të tjera kanë parë polarizimin e dritës me energji më të ulët nga blazaret në të kaluarën, kjo ishte hera e parë që shkencëtarët mund të merrnin këtë këndvështrim mbi rrezet X të një blazar, të cilat emetohen më afër burimit të përshpejtimit të grimcave.

“Shtimi i polarizimit me rreze X në arsenalin tonë të polarizimit të radios, infra të kuqe dhe optik është një ndryshim i lojës,” tha Alan Marscher, një astronom në Universitetin e Bostonit që drejton grupin që studion vrimat e zeza gjigante me IXPE.

Shkencëtarët zbuluan se drita me rreze X është më e polarizuar se ajo optike, e cila është më e polarizuar se radio. Por drejtimi i dritës së polarizuar ishte i njëjtë për të gjitha gjatësitë e valëve të dritës së vëzhguar dhe gjithashtu ishte në linjë me drejtimin e avionit.

Pas krahasimit të informacionit të tyre me modelet teorike, ekipi i astronomëve kuptoi se të dhënat përputheshin më së shumti me një skenar në të cilin një valë goditëse përshpejton grimcat e avionit. Një valë goditëse gjenerohet kur diçka lëviz më shpejt se shpejtësia e zërit të materialit përreth, si për shembull kur një avion supersonik fluturon pranë atmosferës së Tokës sonë.

Studimi nuk ishte projektuar për të hetuar origjinën e valëve goditëse, të cilat janë ende misterioze. Por shkencëtarët supozojnë se një shqetësim në rrjedhën e avionit bën që një pjesë e tij të bëhet supersonike. Kjo mund të rezultojë nga përplasjet e grimcave me energji të lartë brenda avionit, ose nga ndryshimet e papritura të presionit në kufirin e avionit.

“Ndërsa vala e goditjes kalon rajonin, fusha magnetike bëhet më e fortë dhe energjia e grimcave rritet,” tha Marscher. “Energjia vjen nga energjia e lëvizjes së materialit që krijon valën e goditjes.”

Ndërsa grimcat udhëtojnë nga jashtë, ato lëshojnë së pari rreze X sepse janë jashtëzakonisht energjike. Duke lëvizur më larg nga jashtë, përmes rajonit të turbullt më larg nga vendi i goditjes, ata fillojnë të humbasin energji, gjë që i bën ata të lëshojnë dritë më pak energjike si valët optike dhe më pas radio. Kjo është analoge me mënyrën se si rrjedha e ujit bëhet më e turbullt pasi ndeshet me një ujëvarë – por këtu, fushat magnetike krijojnë këtë turbulencë.

Shkencëtarët do të vazhdojnë të vëzhgojnë blazarin Markarian 501 për të parë nëse polarizimi ndryshon me kalimin e kohës. IXPE do të hetojë gjithashtu një koleksion më të gjerë blazare gjatë misionit të tij kryesor dyvjeçar, duke eksploruar më shumë mistere të gjata rreth universit. “Është pjesë e progresit të njerëzimit drejt të kuptuarit të natyrës dhe gjithë ekzoticitetit të saj”, tha Marscher.