Evren, yüksek enerjili parçacıklardan oluşan güçlü jetler oluşturan ve uzayın enginliğinde aşırı parlaklık kaynakları yaratan güçlü süper kütleli kara deliklerle doludur. Bu jetlerden biri doğrudan Dünya’yı işaret ettiğinde, bilim adamları kara delik sistemini bir blazar olarak adlandırırlar.
Bilim adamları, jetteki parçacıkların neden büyük hızlar ve enerjilerle hareket ettiğini anlamak için Aralık 2021’de piyasaya sürülen NASA’nın IXPE’sine (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) bakıyorlar. IXPE, X-ışını frekanslarında elektromanyetik dalgaların düzenlenmesiyle ilgili olan, polarizasyon adı verilen X-ışını ışığının özel bir özelliğini ölçer.
Uluslararası bir astrofizik ekibi, IXPE’den Markarian 421 adlı bir blazar hakkında yeni bulgular yayınladı. Dünya’dan yaklaşık 400 milyon ışıkyılı uzaklıkta, Büyük Ayı takımyıldızında bulunan bu blazar, jetin parçacıkların hızlandığı kısmında manyetik alanın sarmal bir yapıya sahip olduğuna dair kanıtlarla bilim adamlarını şaşırttı.
Yeni makalenin baş yazarı İtalyan Uzay Ajansı astrofizikçisi Laura Di Gesu, “Markarian 421, yüksek enerjili gökbilimciler için eski bir dosttur” dedi. “Blazar’ın IXPE için değerli bir hedef olacağından emindik, ancak keşifleri en iyi beklentilerimizin ötesindeydi ve X-ışını polarimetrisinin göreceli jetlerin farklı bölgelerinde karmaşık manyetik alan geometrisini ve parçacık ivmesini araştırma yeteneğimizi nasıl zenginleştirdiğini başarıyla gösterdi.”
IXPE ekibinin Markarian 421’deki bulgularını detaylandıran yeni çalışma, en son baskısında mevcuttur. Doğa Astronomisi.
Markarian 421’den yayılana benzer jetler, milyonlarca ışıkyılı uzunluğa ulaşabilir. Özellikle parlaktırlar, çünkü parçacıklar ışık hızına yaklaştıkça muazzam miktarda enerji yayarlar ve Einstein’ın tahmin ettiği gibi tuhaf davranışlar sergilerler. Blazar jetleri ekstra parlaktır çünkü tıpkı bir ambulans sireninin yaklaşırken daha yüksek sesle çalması gibi, bize doğrultulan ışık da daha parlak görünür. Bu nedenle blazarlar, yaşadıkları galaksilerin tüm yıldızlarını gölgede bırakabilirler.
Onlarca yıl süren çalışmalara rağmen, bilim adamları hala blazar jetlerinin dinamiklerini ve emisyonunu şekillendiren fiziksel süreçleri tam olarak kavrayabilmiş değiller. Ancak ışık dalgalarının elektrik alanının ortalama yönünü ölçen IXPE’nin çığır açan X-ışını polarimetrisi, onlara bu hedeflerin, fiziksel geometrilerinin ve emisyonlarının nereden kaynaklandığına dair benzeri görülmemiş bir görüş sağlıyor.
Güçlü jetlerin tipik dışarı akışına yönelik araştırma modelleri, tipik olarak, insan DNA’sının organize edilme biçimine benzer şekilde, sarmal bir sarmal yapı tasvir eder. Ancak bilim adamları, sarmal yapının şoklarla hızlanan parçacık bölgelerini içermesini beklemiyorlardı.
IXPE, Mayıs ve Haziran 2022’de Markarian 421’in üç uzun süreli gözlemi sırasında polarizasyon açısında şaşırtıcı değişkenlik buldu.
Cambridge’deki Massachusetts Institute of Technology’de araştırma fizikçisi ve makalenin ortak yazarlarından Herman Marshall, “Kutuplaşma yönünün değişebileceğini tahmin etmiştik, ancak birçok blazarın önceki optik gözlemlerine dayanarak büyük dönüşlerin nadir olacağını düşündük” dedi. “Böylece, blazarın birkaç gözlemini planladık, ilki %15’lik sabit bir polarizasyon gösteriyor.”
Dikkat çekici bir şekilde, IXPE’den gelen polarizasyon verilerinin ilk analizinin, birinci ve ikinci gözlemler arasında sıfıra düştüğünü gösterdiğini ekledi.
Marshall, “Sonra kutuplaşmanın aslında hemen hemen aynı olduğunu, ancak yönünün kelimenin tam anlamıyla bir U dönüşü yaptığını ve iki günde yaklaşık 180 derece döndüğünü fark ettik” dedi. “Daha sonra, bir gün sonra başlayan üçüncü gözlem sırasında, kutuplaşma yönünün aynı oranda dönmeye devam ettiğini gözlemlemek bizi yine şaşırttı.”
Eşzamanlı optik, kızılötesi ve radyo ölçümlerinin – polarize X-ışını emisyonları saptığında bile – stabilitede veya yapıda hiçbir değişiklik göstermemesi daha da tuhaftı. Bu, bir şok dalgasının jet içindeki sarmal manyetik alanlar boyunca yayılabileceği anlamına gelir.
Jetin parçacıklarını hızlandıran bir şok dalgası kavramı, IXPE tarafından gözlemlenen ve 2022’nin sonlarında yayınlanan bir araştırmaya yol açan ikinci bir blazar olan Markarian 501 hakkındaki teorilerle tutarlıdır. Ancak kuzeni Markarian 421, sarmal bir manyetik alana katkıda bulunan daha net kanıtlar göstermektedir. şok.
Di Gesu, Marshall ve meslektaşları, bu jet dalgalanmaları ve ne sıklıkta meydana geldikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek için Markarian 421 ve diğer blazarlar üzerinde daha fazla gözlem yapmak için can atıyorlar.
Di Gesu, “IXPE sayesinde, astrofiziksel jet çalışmaları için heyecan verici bir zaman” dedi.