Supermasivní černá díra chrlí vysokoenergetický proud směrem k Zemi
Mise NASA pozorovala supermasivní černou díru, jejíž vysoce energetický proud míří přímo k Zemi. Zatím ale nepanikařte. Jakkoli je tato kosmická událost děsivá, nachází se ve velmi bezpečné vzdálenosti asi 400 milionů světelných let.
Aktivně se živící supermasivní černé díry, včetně této, jsou obklopeny vířícími disky hmoty zvanými akreční disky, které je v průběhu času postupně vyživují. Část materiálu, který nespolknou, pak směřuje k jejich pólům, odkud je následně vyvržena rychlostí blízkou rychlosti světla neboli relativistickou rychlostí. Vzniká tak vysoce energetické a extrémně jasné elektromagnetické záření. V některých případech, jako je tomu u nejnovější múzy NASA, je tento proud namířen přímo na Zemi. Takové události jsou známé jako blazary.
Tento blazar s označením Markarian 421, který se nachází v souhvězdí Ursa Major, byl pozorován pomocí sondy NASA IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), která byla vypuštěna v prosinci 2021. IXPE pozoruje vlastnost magnetických polí zvanou polarizace, která označuje orientaci polí. Polarizace jetu vyvrženého Markarianem 421 odhalila pro astronomy překvapení a ukázala, že v části jetu, kde dochází k urychlování částic, se nachází také magnetické pole se šroubovicovou strukturou.
Blazarské trysky se mohou táhnout vesmírem miliony světelných let, ale mechanismy, které je spouštějí, nejsou dosud dobře známy. Tyto nové objevy týkající se jetu Markarian 421 by však mohly vnést trochu světla do tohoto extrémního vesmírného jevu.
„Markarian 421 je starým známým astronomů vysokých energií,“ uvedla v prohlášení vedoucí výzkumná pracovnice stojící za objevem a astrofyzička Italské kosmické agentury Laura Di Gesu. „Byli jsme si jisti, že blazar bude pro IXPE hodnotným cílem, ale jeho objevy předčily naše nejlepší očekávání a úspěšně demonstrovaly, jak rentgenová polarimetrie obohacuje naše schopnosti zkoumat složitou geometrii magnetického pole a urychlování částic v různých oblastech relativistických jetů.“
Hlavním důvodem, proč jsou jety živících supermasivních černých děr tak jasné, je to, že částice blížící se rychlosti světla vyzařují obrovské množství energie a chovají se podle fyziky Einsteinovy speciální teorie relativity.
Výtrysky blazarů získávají k takovému jasu také další přídavek, protože jejich orientace směrem k nám způsobuje, že se vlnové délky světla spojené s jejich výtrysky „shlukují“, čímž se zvyšují jejich frekvence i energie. Je to podobné, jako když se zvukové vlny sirény blížící se sanitky „shlukují“ a zvyšují tak svou frekvenci, takže znějí více vysoko.
V důsledku těchto dvou efektů mohou blazary často zastínit kombinované světlo všech hvězd v galaxiích, ve kterých se nacházejí. Nyní IXPE použil toto světlo k vykreslení obrazu fyziky, která se odehrává v srdci jetu Markarian 421, a dokonce k určení místa původu zářícího paprsku.
Dřívější modely blazarů naznačovaly, že jsou doprovázeny šroubovitými magnetickými poli, téměř jako DNA v živých buňkách, jenže spíše jednořetězcovými než dvouřetězcovými. Co se však nepředpokládalo, byla skutečnost, že magnetická šroubovice bude hostit oblasti, kde jsou částice urychlovány.
Družice ve tvaru písmene T ve vesmíru
„Předpokládali jsme, že směr polarizace se může měnit, ale na základě předchozích optických pozorování mnoha blazarů jsme se domnívali, že velké rotace budou vzácné,“ řekl spoluautor výzkumu a fyzik z Massachusettského technologického institutu Herman Marshal. „Proto jsme naplánovali několik pozorování blazaru, přičemž první z nich ukázalo konstantní polarizaci ve výši 15 %.“
Ještě pozoruhodnější je, že analýza dat IXPE ukázala, že polarizace jetu mezi prvním a druhým pozorováním klesla na 0 %. To týmu ukázalo, že magnetické pole se otáčí jako vývrtka.
„Poznali jsme, že polarizace byla ve skutečnosti přibližně stejná, ale její směr doslova udělal obrat a během dvou dnů se otočil o téměř 180 stupňů,“ řekl Marshall. „Během třetího pozorování, které začalo o den později, nás pak znovu překvapilo, že směr polarizace se nadále otáčí stejnou rychlostí.“
Během těchto manévrů měření elektromagnetického záření v podobě optického, infračerveného a rádiového světla neprokázala žádný vliv na stabilitu a strukturu samotného jetu, i když se rentgenové emise měnily. To naznačovalo, že rázová vlna putuje podél stočeného magnetického pole z Markarian 421.
Náznaky takového jevu byly kdysi pozorovány v jetu jiného blazaru, jehož svědkem byl IXPE, Markarian 501, ale nová zjištění týmu představují jasnější důkaz, že spirální magnetické pole skutečně přispívá k putující rázové vlně, která urychluje částice jetu na relativistické rychlosti.
Tým, který stojí za touto prací, hodlá pokračovat ve studiu Markariana 421 a také identifikovat další blazary, aby našel některé s podobnými vlastnostmi ve snaze odhalit mechanismus, který pohání extrémní a jasné výtrysky charakteristické pro tyto jevy.
„Díky IXPE nastává vzrušující doba pro studium astrofyzikálních jetů,“ uzavřel Di Gesu.
Výzkum týmu byl publikován v pondělí (17. července) v časopise Nature Astronomy.