O gaură neagră supermasivă aruncă un jet de înaltă energie spre Pământ

O misiune a NASA a observat cum o gaură neagră supermasivă și-a îndreptat un jet de înaltă energie spre Pământ.

Nu intrați în panică, totuși! Oricât de înfricoșător ar părea, acest eveniment cosmic este situat la o distanță foarte sigură, de aproximativ 400 de milioane de ani-lumină depărtare.

Găurile negre supermasive care se hrănesc activ, inclusiv cea care îndreaptă un jet de înaltă energie spre Pământ, sunt înconjurate de discuri de materie spiralate numite discuri de acreție, care le alimentează treptat de-a lungul timpului.

O parte din materialul pe care acestea nu îl înghit este apoi canalizat către polii lor, de unde este ulterior expulzat cu o viteză apropiată de cea a luminii. Acest lucru creează radiații electromagnetice extrem de energice și de strălucitoare. În unele cazuri, precum și cel de acum, acel jet este îndreptat direct spre Pământ. Aceste evenimente sunt cunoscute sub denumirea de blazari.

O gaură neagră trimite un jet de înaltă energie spre Pământ

Acest blazar, denumit Markarian 421 și situat în constelația Carul Mare (Ursa Major), a fost observat cu Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) al NASA, lansat în decembrie 2021. IXPE observă o proprietate a câmpurilor magnetice numită polarizare, care se referă la orientarea câmpurilor. Polarizarea jetului declanșată de Markarian 421 a dezvăluit o surpriză pentru astronomi, arătând că partea din jet în care particulele sunt accelerate găzduiește și un câmp magnetic cu o structură elicoidală.

Jeturile de blazar se pot întinde în spațiu-timp de-a lungul a milioane de ani-lumină, dar mecanismele care le lansează încă nu sunt bine înțelese. Cu toate acestea, aceste noi descoperiri din jurul jetului Markarian 421 ar putea arunca puțină lumină asupra acestui fenomen cosmic extrem, scrie Space.com.

„Markarian 421 este un prieten vechi pentru astronomii care studiază energia înaltă”, a declarat într-un comunicat Laura Di Gesu, cercetătoarea principală din spatele descoperirii și astrofizician la Agenția Spațială Italiană.

„Am fost siguri că blazarul va fi o țintă utilă pentru IXPE, dar descoperirile au depășit cele mai bune așteptări ale noastre, demonstrând cu succes modul în care polarimetria cu raze X ne îmbogățește capacitatea de a sonda geometria complexă a câmpului magnetic și accelerația particulelor în diferite regiuni ale jeturilor relativiste”, a adăugat ea.

De ce au blazarii jeturi atât de strălucitoare?

Principalul motiv pentru care jeturile găurilor negre supermasive care se hrănesc sunt atât de strălucitoare este că particulele care se apropie de viteza luminii emit cantități uriașe de energie și se comportă conform fizicii teoriei relativității speciale, a lui Einstein.

Jeturile de blazar au parte de o creștere suplimentară până la o astfel de luminozitate și deoarece orientarea lor către noi face ca lungimile de undă ale luminii asociate cu jeturile să se „grupeze”, crescându-le atât frecvențele, cât și energiile. Acest lucru este similar cu modul în care undele sonore de la sirena unei ambulanțe care se apropie „se adună” pentru a provoca o creștere a frecvenței care o face să sune mai ascuțit.

Ca rezultat al acestor două efecte, blazarii pot deseori să eclipseze lumina combinată a fiecărei stele din galaxiile care îi adăpostesc. Și acum, IXPE a folosit acea lumină pentru a înfățișa o imagine a fizicii care se desfășoară în inima jetului Markarian 421 și chiar pentru a identifica punctul de origine al fasciculului strălucitor.

Anterior, modelele de jeturi de blazar sugerau că acestea sunt însoțite de câmpuri magnetice elicoidale, aproape ca ADN-ul din celulele vii, cu excepția că sunt monocatenare, nu duble. Ceea ce nu a fost prezis, însă, a fost faptul că ondularea magnetică găzduiește zone în care particulele sunt accelerate.

„Am anticipat că direcția de polarizare s-ar putea schimba, dar am crezut că rotațiile mari vor fi rare, pe baza observațiilor optice anterioare ale multor blazari. Așadar, noi am planificat mai multe observații ale blazarului, prima arătând o polarizare constantă de 15%”, a spus Herman Marshal, coautor al cercetării și fizician la Institutului de Tehnologie din Massachusetts (MIT; din SUA).

Găurile negre care îndreaptă un jet de înaltă energie spre Pământ au un comportament bizar

Și mai remarcabil, analiza datelor IXPE a arătat că polarizarea jetului a scăzut la 0% între prima și a doua observație. Acest lucru i-a arătat echipei că câmpul magnetic se învârtea ca un tirbușon.

„Am recunoscut faptul că polarizarea a fost de fapt aproximativ aceeași, dar direcția ei a făcut literalmente o întoarcere în formă de U, rotindu-se cu aproape 180 de grade în două zile. Ne-a surprins apoi din nou în timpul celei de-a treia observații, care a început o zi mai târziu, să observăm direcția de polarizare care continuă să se rotească în același ritm”, a spus Marshall.

În timpul acestor manevre, măsurătorile radiațiilor electromagnetice sub formă de lumină optică, infraroșie și radio nu au arătat niciun efect asupra stabilității și structurii jetului în sine, chiar și atunci când emisiile de raze X s-au schimbat. Acest lucru a implicat o undă de șoc care călătorește de-a lungul câmpului magnetic răsucit al lui Markarian 421.

Indicii despre un astfel de fenomen au fost văzute odată în jetul unei alte găuri negre cu un jet de înaltă energie spre Pământ la care a fost martor IXPE, Markarian 501, dar noile descoperiri ale echipei reprezintă dovezi mai clare că un câmp magnetic elicoidal contribuie într-adevăr la o undă de șoc care accelerează particulele de jet la viteze relativiste.

Echipa din spatele lucrării intenționează să continue studiul lui Markarian 421, precum și să identifice alți blazari pentru a găsi unii cu calități similare în căutarea dezvăluirii unui mecanism care alimentează fluxurile extreme și strălucitoare caracteristice acestor fenomene.

„Mulțumită lui IXPE, este o perioadă interesantă pentru studiile de jeturi astrofizice”, a concluzionat Di Gesu.

Cercetarea echipei a fost publicată în revista Nature Astronomy.

Vă recomandăm să citiți și:

Astronomii au observat dilatarea timpului în Universul timpuriu

„Stele căzătoare” au fost descoperite în atmosfera Soarelui

Pământul atinge cel mai îndepărtat punct față de Soare. De ce este atât de cald pe Terra?

Test de cultură generală. Câte stele există în Calea Lactee?