Το σύμπαν φλέγεται από ενέργεια, όχι μόνο ανάμεσα σε αστέρια, νεφελώματα και γαλαξιακά φυτώρια, αλλά επίσης με πίδακες υψηλής ταχύτητας ιονισμένης ύλης από μερικές από τις πιο ισχυρές πηγές που είναι γνωστές ποτέ - ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες γνωστούς ως «blazars» ή φλογαστέρια. Αυτή την εβδομάδα, μια διεθνής ομάδα αστροφυσικών, μεταξύ των οποίων και ερευνητές και φοιτητές του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ και του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης, χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) της NASA, δημοσίευσε στο περιοδικό Nature Astronomy νέα ευρήματα σχετικά με το blazar που ονομάζεται Markarian 421, έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα και ισχυρή πηγή ακτίνων γάμμα στον αστερισμό της Μεγάλης Άρκτου, περίπου 400 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.
“Ο Markarian 421 είναι ένας παλιός φίλος για αστρονόμους υψηλών ενέργειων", δήλωσε η αστροφυσικός της Ιταλικής Διαστημικής Υπηρεσίας Laura Di Gesu, επικεφαλής συγγραφέας της νέας εργασίας. "Ήμασταν σίγουροι ότι το blazar θα ήταν ένας καλος στόχος για το IXPE, αλλά οι ανακαλύψεις μας ξεπερασαν καθε προσδοκια, επιδεικνύοντας με επιτυχία πώς η πόλωση των ακτίνων Χ εμπλουτίζει την ικανότητά μας να διερευνούμε τη σύνθετη γεωμετρία του μαγνητικού πεδίου και την επιτάχυνση των σωματιδίων σε διαφορετικές περιοχές των σχετικιστικών πιδάκων.
Η νέα μελέτη που περιγράφει λεπτομερώς τα ευρήματα της ομάδας IXPE για τον Markarian 421 είναι διαθέσιμη στο τεύχος της 17ης Ιουλίου 2023 του Nature Astronomy.
Ένα blazar αναγνωρίζεται έτσι επειδή διώχνει την ισχυρή δέσμη ιονισμένης ύλης του σχεδόν απευθείας στον παρατηρητή - σε αυτήν την περίπτωση, επίγεια και διαστημικά τηλεσκόπια. Αυτή η φωτεινή, εξαιρετικά ανιχνεύσιμη «φλόγα» ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας προκύπτει από τις επιπτώσεις του σχετικιστικού χωροχρόνου στο φως του πίδακα καθώς ο πίδακας απομακρύνεται από το κέντρο του γαλαξία με ή κοντά στην ταχύτητα του φωτός, δημιουργώντας συχνά μια δέσμη εκατομμυρίων ετών φωτός σε μήκος. Τέτοιοι πίδακες μπορεί να εκτοξευθούν από μια ποικιλία ισχυρών αντικειμένων, συμπεριλαμβανομένων των άστρων νετρονίων ή των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών για τις οποίες υπήρχε η υποψία ότι τροφοδοτούν blazars και άλλους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες.
Παρά τις δεκαετίες μελέτης, οι επιστήμονες εξακολουθούν να μην κατανοούν πλήρως τις φυσικές διεργασίες που διαμορφώνουν τη δυναμική και την εκπομπή σχετικιστικών πίδακες που εκτοξεύονται από τα blazars. Ωστόσο, η πρωτοποριακή ικανότητα πολωσιμετρίας ακτίνων Χ του IXPE - η οποία μετρά τη μέση κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου των κυμάτων φωτός - τους δίνει μια άνευ προηγουμένου εικόνα αυτών των στόχων, της φυσικής τους γεωμετρίας και της προέλευσης της ακτινοβολίας τους. Τα ερευνητικά μοντέλα για την τυπική εκροή των ισχυρών πίδακες απεικονίζουν συνήθως μια δομή σπειροειδούς έλικας, παρόμοια με αυτή της αλυσίδας του ανθρώπινου DNA – αλλά το IXPE βρήκε απροσδόκητη μεταβλητότητα κατά τη διάρκεια τριών παρατεταμένων παρατηρήσεων του Markarian 421 τον Μάιο και τον Ιούνιο του 2022. Το IXPE εκτοξευθηκε στις 9 Δεκεμβρίου, 2021.
“Περιμέναμε ότι η κατεύθυνση της πόλωσης θα μπορούσε να αλλάξει, αλλά πιστεύαμε ότι οι μεγάλες περιστροφές θα ήταν σπάνιες, με βάση προηγούμενες οπτικές παρατηρήσεις πολλών blazars”, δήλωσε ο Herman Marshall, ερευνητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στο Κέμπριτζ και συν-συγγραφέας της εργασίας. “Έτσι, σχεδιάσαμε αρκετές παρατηρήσεις του blazar, με την πρώτη να δείχνει σταθερή πόλωση 15%.”
Είναι αξιοσημείωτο ότι η αρχική ανάλυση των δεδομένων πόλωσης από το IXPE φάνηκε να δείχνει ότι έπεσε στο μηδέν μεταξύ της πρώτης και της δεύτερης παρατήρησης. Στη συνέχεια διαπιστώθηκε ότι ενώ ο βαθμός πόλωσης παρέμενε σταθερός, η κατεύθυνσή της πολωσης άλλαζε γρήγορα. Κατά τη διάρκεια των έξι ημερών των παρατηρήσεων IXPE, η κατεύθυνση της πόλωσης εκανε μια πλήρη στροφή 360 μοιρών. «Αυτό είναι απίθανο να συμβεί με τυχαίες κινήσεις της γωνίας πόλωσης. Πιθανότατα βλέπουμε πραγματικές αλλαγές στο μαγνητικό πεδίο του πίδακα», δήλωσε ο Sebastian Kiehlmann, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής (IA), ο οποίος ηγήθηκε της ανάλυσης για να ελέγξει την υπόθεση της τυχαίας περιστροφής της πόλωσης.
Ακόμα πιο παράξενα ήταν τα ευρήματα απο τις ταυτόχρονες οπτικές μετρήσεις από το πολωσίμετρο RoboPol στο αστεροσκοπείο Σκίνακα στην Κρήτη. Αυτά δεν έδειξαν καμία αλλαγή στη σταθερότητα ή στη δομή - ακόμη και όταν η πόλωση στις ακτίνες Χ αλλάζε σημαντικά. "Αυτό είναι ισχυρή απόδειξη ότι η εκπομπή ακτίνων Χ προέρχετε απο μια διαφορετική περιοχή από οτι το οπτικό φως", δήλωσε ο Dmitry Blinov, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο IA.
Η ιδέα ενός κύματος shock που επιταχύνει τα σωματίδια του πίδακα συνάδει με τις επιστημονικές θεωρίες σχετικά με την συμπεριφορά του Markarian 501, ένα άλλο blazar που παρατηρήθηκε από το IXPE και οδήγησε σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στα τέλη του 2022. Η συνεργασία του IXPE και παρατηρητες σε όλα τα μήκη κύματος είναι πρόθυμοι να πραγματοποιήσουν περαιτέρω παρατηρήσεις του Markarian 421 και άλλων blazars για να ανακαλύψουν περισσότερα σχετικά με αυτές τις διακυμάνσεις των πιδάκων και πόσο συχνά συμβαίνουν. “Χάρη στο IXPE ζουμε συναρπαστικέ εποχές για την μελέτη αστροφυσικών πίδακων”, είπε η Di Gesu.
Σημείωση: Το IXPE είναι μια συνεργασία μεταξύ της NASA και της Ιταλικής Διαστημικής Υπηρεσίας με συνεργάτες και επιστήμονες σε 12 χώρες. Το IXPE διευθύνεται από το Marshall Space Flight Center της NASA στο Huntsville της Αλαμπάμα. Η Ball Aerospace, με έδρα στο Broomfield του Κολοράντο, διαχειρίζεται τις λειτουργίες διαστημικών σκαφών μαζί με το Εργαστήριο Ατμοσφαιρικής και Διαστημικής Φυσικής του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Boulder. Οι παρατηρήσεις του IXPE του Markarian 421 συμπληρώθηκαν με δεδομένα που συγκεντρώθηκαν από αστρονομικά παρατηρητήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες, την Γαλλία, την Ιαπωνία, την Ισπανία και την Κρήτη.
Διαβάστε περισσότερες ειδήσεις από την Κρήτη.
