Los núcleos galácticos activos, alimentados por los agujeros negros supermasivos que contienen, son los objetos más brillantes del Universo. La luz proviene de chorros de materia proyectados a una velocidad cercana a la de la luz por el entorno que rodea al agujero negro. En la mayoría de los casos, estos núcleos galácticos activos se denominan cuásares. Pero, en casos raros en los que uno de los chorros apunta directamente a la Tierra, se les llama blazar y parecen más brillantes.

Aunque se ha elaborado un esquema de cómo funciona un blazar, varios detalles siguen sin comprenderse bien, incluido cómo el material que se mueve rápidamente genera tanta luz. Ahora los investigadores han transformado un nuevo observatorio espacial llamado el Polarimetría de imágenes de rayos X Explorar (IXPE) a uno de los blazares más brillantes del cielo. Los datos de esta y otras observaciones combinadas indican que la luz se produce cuando los chorros del agujero negro chocan contra materiales que se mueven más lentamente.

Chorros y luz

El IXPE se especializa en detectar la polarización de fotones de alta energía, es decir, la orientación de las ondas en el campo eléctrico de la luz. La información de polarización puede decirnos algo sobre los procesos que crearon los fotones. Por ejemplo, los fotones que provienen de un entorno turbulento tendrán una polarización esencialmente aleatoria, mientras que un entorno más estructurado tenderá a producir fotones con un rango limitado de polarizaciones. La luz que atraviesa materiales o campos magnéticos también puede verse alterada en su polarización.

Esto es útil para estudiar blazars. Los fotones de alta energía emitidos por estos objetos son generados por partículas cargadas en los chorros. Cuando estos objetos cambian de rumbo o disminuyen la velocidad, deben ceder energía en forma de fotones. Dado que se mueven casi a la velocidad de la luz, tienen mucha energía que entregar, lo que permite que los blazares emitan en todo el espectro, desde ondas de radio hasta rayos gamma, y ​​algunos de estos últimos permanecen en estas energías a pesar de miles de millones de años. corrimiento al rojo

Entonces, la pregunta es qué está causando que estas partículas se desaceleren. Hay dos ideas principales. Uno de ellos es que el entorno de los chorros es turbulento, con montones caóticos de materiales y campos magnéticos. Esto ralentiza las partículas y el entorno desordenado significaría que la polarización se vuelve en gran medida aleatoria.

La idea alternativa involucra una onda de choque, donde el material de los chorros choca contra el material más lento y se desacelera. Este es un proceso relativamente ordenado y produce una polarización que tiene un alcance relativamente limitado y se vuelve más pronunciada a energías más altas.

Entra IXPE

El nuevo conjunto de observaciones es una campaña coordinada para registrar el blazar 501 de Markarian utilizando una variedad de telescopios que capturan la polarización en longitudes de onda más largas, con el IXPE manejando los fotones más energéticos. Además, los investigadores buscaron en los archivos de varios observatorios para obtener observaciones previas de Markarian 501, lo que les permitió determinar si la polarización es estable en el tiempo.

En general, en todo el espectro, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma, las polarizaciones medidas se encontraban dentro de unos pocos grados entre sí. También fue estable con el tiempo y su alineación aumentó a energías de fotones más altas.

Todavía hay un poco de variación en la polarización, lo que sugiere que hay un desorden relativamente menor en el lugar de la colisión, lo que no es una gran sorpresa. Pero es mucho menos complicado de lo que cabría esperar de un material turbulento con campos magnéticos complicados.

Si bien estos resultados brindan información sobre cómo los agujeros negros producen luz, este proceso se basa en última instancia en la producción de chorros, que tiene lugar mucho más cerca del agujero negro. Todavía no se comprende completamente cómo se forman estos chorros, por lo que las personas que estudian astrofísica de agujeros negros todavía tienen una razón para volver al trabajo después del fin de semana festivo.

La naturaleza2022. DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0 (Acerca de los DOI).