NASA的IXPE用新的Blazar發(fā)現(xiàn)點燃了天文學家 _NASA

這張美國宇航局的插圖顯示了黑洞噴流的結(jié)構(gòu)，這是由成像X射線偏振探測器(IXPE)最近對布拉扎馬卡里安421的觀測推斷出來的。噴流由一個吸積盤驅(qū)動，顯示在圖像的底部，隨著時間的推移，吸積盤圍繞黑洞運行并落入黑洞。螺旋磁場穿過射流。IXPE的觀測表明，X射線必定是由螺旋磁場周圍的物質(zhì)產(chǎn)生的沖擊波產(chǎn)生的。插圖顯示的是激波陣面本身。x射線是在離激波陣面最近的白色區(qū)域產(chǎn)生的，而光輻射和射電輻射必定來自離激波更遠的湍流區(qū)域。鳴謝:美國宇航局/巴勃羅·加西亞
據(jù)美國宇航局：宇宙中充滿了強大的超大質(zhì)量黑洞，它們產(chǎn)生強大的高能粒子噴流，在浩瀚的太空中創(chuàng)造出極度明亮的光源。當其中一個噴流直接指向地球時，科學家稱這個黑洞系統(tǒng)為blazar 。
為了理解為什么噴流中的粒子以巨大的速度和能量移動，科學家們期待美國宇航局的IXPE(成像X射線偏振探測器)，它于2021年12月發(fā)射。IXPE測量X射線光的一種特殊屬性，稱為偏振，它與X射線頻率下的電磁波組織有關。
本周，一個國際天體物理學家小組發(fā)表了來自IXPE的關于一個叫做馬卡里安421的黑洞的新發(fā)現(xiàn) 。這個blazar位于大熊座，距離地球大約4億光年，讓科學家們感到驚訝的是，有證據(jù)表明，在粒子被加速的噴流部分，磁場具有螺旋結(jié)構(gòu) 。
“馬卡里安421是高能天文學家的老朋友，”意大利航天局天體物理學家勞拉·迪·蘇格說，她是這篇新論文的主要作者。“我們確信blazar將是IXPE的一個有價值的目標，但它的發(fā)現(xiàn)超出了我們的最佳預期，成功地證明了X射線偏振測量如何豐富了我們探索相對論噴流不同區(qū)域中復雜磁場幾何和粒子加速的能力。”
詳細介紹IXPE團隊在馬卡里安421發(fā)現(xiàn)的新研究發(fā)表在最新一期的《自然天文學》上。
像馬卡里安421發(fā)出的光束這樣的噴射流長度可以延伸到數(shù)百萬光年。它們特別明亮，因為當粒子接近光速時，它們會釋放出巨大的能量，并以愛因斯坦預測的怪異方式運行。Blazar噴氣式飛機格外明亮，因為就像救護車接近時警笛聲更大一樣，指向我們的光也顯得更亮。這就是為什么blazars能夠超越他們所在星系的所有恒星。
盡管進行了幾十年的研究，科學家們?nèi)匀粵]有完全掌握塑造布拉扎噴流動力學和排放的物理過程。但IXPE開創(chuàng)性的X射線偏振測量法——測量光波電場的平均方向——讓他們對這些目標、它們的物理幾何形狀以及它們的發(fā)射來源有了前所未有的了解。
強大噴射流的典型外流的研究模型通常描繪了一種螺旋結(jié)構(gòu)，類似于人類DNA的組織方式。但是科學家們沒有預料到螺旋結(jié)構(gòu)會包含被震動加速的粒子區(qū)域。
IXPE在2022年5月和6月對馬卡里安421的三次長期觀測中發(fā)現(xiàn)了偏振角的驚人變化。
“我們預計偏振方向可能會改變，但根據(jù)以前對許多黑洞的光學觀察，我們認為大的旋轉(zhuǎn)很少發(fā)生，”劍橋麻省理工學院的研究物理學家赫爾曼·馬歇爾說，他也是論文的合著者。"因此，我們計劃了幾次對布拉扎星的觀測，第一次觀測顯示偏振度恒定在15% . "
他補充說，值得注意的是，對IXPE偏振數(shù)據(jù)的初步分析顯示，在第一次和第二次觀測之間，偏振數(shù)據(jù)下降到了零。
“然后，我們認識到，極化實際上是相同的，但它的方向?qū)嶋H上拉了一個U形轉(zhuǎn)彎，在兩天內(nèi)旋轉(zhuǎn)了近180度，”馬歇爾說。“然后，在一天后開始的第三次觀察中，我們再次驚訝地觀察到偏振方向繼續(xù)以相同的速度旋轉(zhuǎn) 。”
更奇怪的是，同時進行的光學、紅外和無線電測量顯示穩(wěn)定性或結(jié)構(gòu)沒有任何變化——即使當偏振X射線發(fā)射偏離時。這意味著沖擊波可能沿著噴流內(nèi)部的螺旋磁場傳播。
沖擊波加速噴流粒子的概念與馬卡里安501的理論一致，這是IXPE觀察到的第二個黑洞，導致了2022年底發(fā)表的一項研究。但是它的表親馬卡里安421顯示了更多螺旋磁場促成震動的明確證據(jù) 。
迪·蘇格、馬歇爾和他們的同事渴望對馬卡里安421和其他黑洞進行進一步的觀察，以了解更多關于這些噴流波動以及它們發(fā)生的頻率。
“感謝IXPE ，這是一個研究天體物理噴流的激動人心的時刻，”迪·蘇格說。
IXPE是美國宇航局和意大利航天局與12個國家的合作伙伴和科學合作者的合作項目。IXPE由位于阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心領導。鮑爾航空航天公司總部設在科羅拉多州布魯姆菲爾德，與位于博爾德的科羅拉多大學大氣和空間物理實驗室共同管理航天器的運營。IXPE對馬卡里安421的觀測得到了美國、法國、日本、西班牙和克里特島的合作觀測站收集的數(shù)據(jù)的補充。
伊麗莎白·蘭道美國宇航局總部
喬納森交易馬歇爾航天飛行中心