IXPE-ruimtesonde onderzoekt deeltjesversnelling in jets van blazars
Blazars zijn actieve galactische kernen met jet van gemagnetiseerd plasma die bijna langs de gezichtslijn wijzen. Het meeste licht van deze extreem lichtgevende objecten wordt geproduceerd door hoogenergetische deeltjes. Hoewel bekend is dat de jets uiteindelijk worden aangedreven door een superzwaar zwart gat is het een onbeantwoorde vraag hoe deze deeltjes worden versneld tot zulke hoge energieën. De Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), een samenwerking tussen NASA en het Italiaanse ruimtevaartagentschap ISA, heeft astronomen geholpen dichter bij een antwoord te komen.
Volgens de onderzoekers hebben ze een 40 jaar oud mysterie opgelost. Eindelijk hadden ze alle stukjes van de puzzel en het beeld wat ze maakten was duidelijk.
In hun onderzoek gebruikten Dr. Liodakis van het Finse Centrum voor Astronomie (FINCA) en zijn collega’s IXPE om röntgenstraling van Markarian 501 (Mrk 501) waar te nemen. Dit is een blazar op een afstand van ongeveer 483 miljoen lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Hercules. Begin maart 2022 keken ze drie dagen naar de blazar en twee weken later deden ze dit nog eens.
Tijdens deze waarnemingen gebruikten ze ok andere ruimte- en op de grond gestationeerde telescopen om informatie van Mrk 501 te verzamelen op een groot gebied van het lichtspectrum inclusief radio, optisch en röntgen.
Terwijl andere studies in het verleden hebben gekeken naar polarisatie van licht met een lagere energie van blazars was dit de eerste keer dat wetenschappers dit perspectief konden krijgen op de röntgenstraling van een blazar die dichter bij de bron van de deeltjesversnelling worden uitgezonden.
Het toevoegen van röntgenpolarisatie aan het arsenaal aan radio-, infrarood- en optische polarisatie is een game changer aldus de onderzoekers.
De auteurs ontdekten dat röntgenlicht meer gepolariseerd is dan optisch licht dat weer meer gepolariseerd is dan radiostraling.
Maar de richting van het gepolariseerde licht was hetzelfde voor alle golflengtes van het waargenomen licht en was ook uitgelijnd met de richting van de jet.
Nadat ze hun informatie hadden vergeleken met theoretische modellen realiseerden ze zich dat de gegevens het meest overeenkwamen met een scenario waarin een schokgolf de jetdeeltjes versnelt.
Een schokgolf wordt gegenereerd wanneer iets sneller beweegt dan de geluidssnelheid van het omringende materiaal, zoals wanneer een supersonisch straalvliegtuig voorbij vliegt in de atmosfeer van onze aarde.
Terwijl de schokgolf het gebied doorkruist wordt het magnetische veld sterker en wordt de energie van deeltjes hoger. De energie komt van de bewegingsenergie van het materiaal dat de schokgolf veroorzaakt. Terwijl deeltjes naar buiten reizen zenden ze eerst röntgenstraling uit omdat ze extreem energiek zijn.
Als de deeltjes verder naar buiten gaan, door het turbulente gebied verder van de locatie van de schok, beginnen ze energie te verliezen waardoor ze minder energetisch licht uitzenden, zoals optisch licht en vervolgens zenden ze radiogolven uit.
Dit is analoog aan hoe een waterstroom turbulenter wordt nadat het een waterval tegenkomt – maar hier creëren magnetische velden deze turbulentie.
Het onderzoek staat beschreven in een artikel dat in het tijdschrift Nature is verschenen.
Artikel: I. Liodakis et al. 2022. Polarized blazar X-rays imply particle acceleration in shocks. Nature 611, 677-681; doi: 10.1038/s41586-022-05338-0
Eerste publicatie: 24 november 2022
Bron: sci-news
