Nous savons maintenant pourquoi les jets de trous noirs produisent un rayonnement à haute énergie

Agrandir / Les jets de matière éjectés autour des trous noirs peuvent être énormes.

Les noyaux galactiques actifs, alimentés par les trous noirs supermassifs qu’ils contiennent, sont les objets les plus brillants de l’Univers. La lumière provient de jets de matière projetés à une vitesse proche de la lumière par l’environnement autour du trou noir. Dans la plupart des cas, ces noyaux galactiques actifs sont appelés quasars. Mais, dans de rares cas où l’un des jets est orienté directement vers la Terre, on les appelle un blazar et ils apparaissent plus brillants.

Bien que les grandes lignes du fonctionnement d’un blazar aient été élaborées, plusieurs détails restent mal compris, notamment la façon dont le matériau en mouvement rapide génère autant de lumière. Maintenant, les chercheurs ont transformé un nouvel observatoire spatial appelé le Imagerie X-ray Polarimétrie Explorer (IXPE) vers l’un des blazars les plus brillants du ciel. Les données de celui-ci et d’autres observations combinées indiquent que la lumière est produite lorsque les jets du trou noir percutent des matériaux plus lents.

Jets et lumière

L’IXPE est spécialisé dans la détection de la polarisation des photons de haute énergie, c’est-à-dire l’orientation des ondulations dans le champ électrique de la lumière. Les informations de polarisation peuvent nous dire quelque chose sur les processus qui ont créé les photons. Par exemple, les photons qui proviennent d’un environnement turbulent auront une polarisation essentiellement aléatoire, tandis qu’un environnement plus structuré aura tendance à produire des photons avec une gamme limitée de polarisations. La lumière qui traverse des champs matériels ou magnétiques peut également voir sa polarisation altérée.

Cela s’avère utile pour étudier les blazars. Les photons à haute énergie émis par ces objets sont générés par des particules chargées dans les jets. Lorsque ces objets changent de cap ou ralentissent, ils doivent abandonner de l’énergie sous forme de photons. Puisqu’ils se déplacent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, ils ont beaucoup d’énergie à abandonner, permettant aux blazars d’émettre sur tout le spectre, des ondes radio aux rayons gamma, certains de ces derniers restant à ces énergies malgré des milliards d’années. de décalage vers le rouge.

Ainsi, la question devient alors ce qui provoque la décélération de ces particules. Il y a deux idées principales. L’un d’entre eux est que l’environnement dans les jets est turbulent, avec des empilements chaotiques de matériaux et de champs magnétiques. Cela ralentit les particules et l’environnement désordonné signifierait que la polarisation devient largement aléatoire.

L’idée alternative implique une onde de choc, où le matériau des jets claque dans un matériau plus lent et décélère. Il s’agit d’un processus relativement ordonné, et il produit une polarisation dont la portée est relativement limitée et qui devient plus prononcée à des énergies plus élevées.

Entrez IXPE

Le nouvel ensemble d’observations est une campagne coordonnée pour enregistrer le blazar Markarian 501 à l’aide d’une variété de télescopes capturant la polarisation à des longueurs d’onde plus longues, l’IXPE gérant les photons les plus énergétiques. De plus, les chercheurs ont fouillé les archives de plusieurs observatoires pour obtenir des observations antérieures de Markarian 501, leur permettant de déterminer si la polarisation est stable dans le temps.

Dans l’ensemble, sur tout le spectre, des ondes radio aux rayons gamma, les polarisations mesurées étaient à quelques degrés l’une de l’autre. Il était également stable dans le temps et son alignement augmentait à des énergies de photons plus élevées.

Il y a encore un peu de variation dans la polarisation, ce qui suggère qu’il y a un désordre relativement mineur sur le site de la collision, ce qui n’est pas vraiment une surprise. Mais c’est beaucoup moins désordonné que ce à quoi on pourrait s’attendre d’un matériau turbulent avec des champs magnétiques compliqués.

Bien que ces résultats permettent de mieux comprendre comment les trous noirs produisent de la lumière, ce processus repose finalement sur la production de jets, qui a lieu beaucoup plus près du trou noir. La façon dont ces jets se forment n’est toujours pas vraiment comprise, donc les personnes qui étudient l’astrophysique des trous noirs ont encore une raison de retourner au travail après le week-end de vacances.

La nature2022. DOI : 10.1038/s41586-022-05338-0 (À propos des DOI).

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