Badanie jasnej radiogalaktyki za pomocą promieniowania X

Co powoduje przyspieszanie cząstek do prędkości relatywistycznych wewnątrz jądra radiogalaktyki Centaurus A? Badania za pomocą promieniowania rentgenowskiego powinny pomóc odpowiedzieć na to pytanie.

Obraz Centaurusa A na różnych długościach fali, z pokazanymi strumieniami pochodzącymi z centrum. Źródło: ESO/WFI (Optyczny); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss i inni. (Submilimetrowy); NASA/CXC/CfA/R.Kraft i inni. (Promieniowanie X).

Głęboko wewnątrz pokrytego pyłem jądra radiogalaktyki Centaurus A, cząstki są przyspieszane do prędkości relatywistycznych. Co powoduje to przyspieszanie i jaka jest natura materii wokół tego energetycznego jądra? Dzięki wykorzystaniu wielu teleskopów do obserwacji w niemal całym spektrum promieniowania X, astronomowie mogą być coraz bliżej znalezienia odpowiedzi.

Dotarcie do sedna tajemnicy
Polaryzacja, czyli sposób, w jaki fale elektromagnetyczne są zorientowane, jest potężnym narzędziem w astrofizyce; ta sama koncepcja, która pozwala okularom przeciwsłonecznym redukować odblaski, może być również wykorzystana do badania mechanizmu emisji namagnesowanych gwiazd neutronowych i badania orientacji pól magnetycznych. Pomiary własności polaryzacji strumieni wokół wysokoenergetycznych jąder supermasywnych czarnych dziur mogą pomóc w ustaleniu, jaki rodzaj fizyki ma miejsce, w szczególności w jaki sposób powstaje emisja wysokoenergetyczna i jak się ona zachowuje. Pomiary polaryzacji stanowią cenny odpowiednik innych sposobów badania fizyki wokół strumieni czarnych dziur – na przykład poprzez badanie zmian natężenia promieniowania X w zależności od częstotliwości.

Wykorzystując jednoczesne obserwacje z wielu teleskopów rentgenowskich, zespół kierowany przez Stevena Ehlerta z Marshall Space Flight Center NASA bada polaryzację materii i widmo promieniowania X wokół Centaurusa A, aby lepiej zrozumieć materię wokół jądra galaktyki. Centaurus A jest szczególnie interesujący, ponieważ zawiera aktywne jądro galaktyczne – czarną dziurę wyrzucającą w przestrzeń kosmiczną radiowe strumienie – i emituje również promieniowanie rentgenowskie. Chociaż wiele badań zaobserwowało emisję promieniowania X z jej jądra, wciąż nie udało się ustalić źródła tego energetycznego światła.

Wiele obserwacji za pomocą teleskopu rentgenowskiego
Zespół naukowców wykorzystał Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) do obserwacji spolaryzowanej emisji promieniowania X z Centaurusa A. IXPE to zupełnie nowa misja poświęcona badaniu spolaryzowanej emisji promieniowania rentgenowskiego ze źródeł takich jak gwiazdy neutronowe i supermasywne czarne dziury. Obserwatorium zostało wystrzelone w grudniu 2021 roku, a pierwsze obrazy opublikowano w lutym bieżącego roku. Instrument zmierzył niski stopień polaryzacji w jądrze Centaurusa A, co sugeruje, że emisja rentgenowska pochodzi z procesu rozpraszania, a nie wynika bezpośrednio z przyspieszonych cząstek dżetu. Niski stopień polaryzacji, szczególnie w pobliżu regionu jądra, wskazuje, że elektrony są przyspieszane w obszarze wokół jądra, gdzie linie pola magnetycznego są skręcone i nieuporządkowane.

Łącząc pomiary IXPE z jednoczesnymi obserwacjami promieniowania X za pomocą teleskopów NuSTARSwift i INTEGRAL, zespół był w stanie obserwować Centaurusa A w całym spektrum promieniowania X i zobaczyć, jak zachowuje się emisja promieniowania X od 0,3 keV aż do 400 keV. Wymodelowali widmo źródła i byli w stanie dopasować do niego proste prawo mocy. Brak złożonych cech widma sugeruje, że promieniowanie X wokół Centaurusa A przechodzi przez optycznie cienki ośrodek (materiał w przestrzeni kosmicznej, przez który może przechodzić promieniowanie rentgenowskie, gdzie nie dochodzi do rozpraszania lub pochłaniania światła), który jest odległy od miejsca pochodzenia promieniowania X.

Wyjątkowa radiogalaktyka?
Praca ta, która jest zgodna z wcześniejszymi badaniami na innych długościach fal, pokazuje, że promieniowanie X pochodzące z jądra Centaurusa A jest wytwarzane przez cząsteczki, które są przyspieszane w odległości około roku świetlnego od centralnej czarnej dziury. Badania innych galaktyk, w których znajdują się jasne, akreujące supermasywne czarne dziury pozwolą naukowcom zrozumieć, czy niski stopień polaryzacji promieniowania X jest powszechny, czy też Centaurus A jest wyjątkowa w tej populacji.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Astronomowie są świadkami, jak umierająca gwiazda osiąga swój koniec