Polarizált röntgensugárzás segíti a csillagászokat a blazárok „plazmafegyverének” vizsgálatában. Ezeket a részecskenyalábokat a szupernagy tömegű fekete lyukak táplálják, megjelenésük pedig grandiózus léptéken emlékeztet a Star Wars-univerzum bolygóromboló “halálcsillagaira”.

Illusztráció az IXPE űrszondáról (jobbra), amint a Markarian 501 jelű blazárt vizsgálja (balra). A nagyításban nagy energiájú részecskéket látunk, amelyek a blazár plazmanyalábján (kék) haladnak lefelé. Amikor a fehér sávként ábrázolt lökéshullámot elérik, a részecskék nagy energiára tesznek szert. Ahogy távolodnak a lökéshullámfronttól, egyre kisebb energiájú fotonokat bocsátanak ki (röntgensugárzást, majd látható fényt, infravörös és rádiósugárzást). A mágneses erővonalak a haladási irány mentén egyre kaotikusabbakká válnak. (Forrás: Pablo Garcia (NASA / MSFC))

A legtöbb nagy galaxis szívében jó eséllyel találunk egy „plazmafegyvert”. Amikor egy ilyen galaxis központi szupernagy tömegű fekete lyuka táplálkozik, nagy energiájú részecskéket bocsát ki a pólusainál. Ahogy ezek a részecskék a mágneses erővonalak mentén repülnek, a teljes elektromágneses spektrumban sugároznak. A sugárzás különösen akkor erős, amikor belenézünk a fegyver csövébe – ez történik a blazárok esetében.

A csillagászok szerint a mágneses tér lehet az a puskapor, ami kirobbantja a részecskéket, az azonban kérdéses, hogy pontosan hogyan történik a gyorsítás. Egy új műszer most segíthet megvizsgálnunk a jelenséget.

A NASA tavaly felbocsátott IXPE polarimétere egyedülálló műszer a röntgensugárzás polarizációjának vizsgálatára. Minden fény polarizálható, ami leegyszerűsítve azt jelenti, hogy a hullámok egy adott irányban rezegnek. Bár a legtöbb kozmikus forrás polarizálatlan fényt bocsát ki, a mágneses terek képesek egy irányba rendezni a hullámokat.

A blazárok fényének polarizációját már korábban is vizsgálták, de csupán a látható fény nagyobb hullámhosszain, valamint infravörös és rádió tartományban. Ahogy a részecskék végig száguldanak a „puskacsövön”, sugárzást bocsátanak ki, és ezzel energiát veszítenek. A nagyobb hullámhosszú sugárzás tehát olyan részecskéktől származik, amelyek napokkal vagy akár évekkel ezelőtt indultak útnak. A nagyobb energiájú röntgensugárzás viszont a gyorsítás helyének közeléből indult el.

Ioannis Liodakis (Turkui Egyetem) és munkatársai az IXPE űrszonda segítségével első alkalommal mérték meg a Hercules csillagképben látható Markarian 501 jelű blazár röntgensugárzásának polarizációját. A mérésekkel egyidőben látható és rádió tartományban is figyelték a blazárt.

Kiderült, hogy a blazár röntgensugárzása kétszer annyira polarizált, mint a látható fénye, amely viszont erősebben polarizált a rádiósugárzásánál. Ahogy arról a kutatócsoport a Nature című folyóiratban beszámolt, ez a mintázat pontosan egyezik azzal, amit akkor várnánk, ha a blazárban egy álló lökéshullám-front gyorsítaná fel puskaporként a részecskéket az anyagsugárban.

A polarizációs adatok arra is utalnak, hogy a lökéshullám-front merőleges a sugárra, akárcsak egy folyóban a gát. „A részecskék a lökéshullám-front mentén „szörföznek”, sokszor átvágva azt, miközben keringenek a mágneses erővonalak körül.” – mondja Alan Marscher (Bostoni Egyetem), a kutatócsoport tagja.

Az eredmények kizárják a gyorsítás egyéb lehetőségeit, például a mágneses tér átrendeződését, vagy az anyagsugár instabilitásait. A helyzet azonban nem teljesen egyértelmű. Az IXPE két hét különbséggel két észlelési sorozatot végzett, és az eredmények meglepően állandóak. A lökéshullám-frontba ütköző plazmaáram turbulenciájának néhány nap alatt eltéréseket kell okoznia, ennek hiánya azonban arra utal, hogy a kutatóknak módosítaniuk kell a részletes fizikai modellen. Az összkép viszont pompásnak tűnik.

„Liodakis és munkatársai több hullámhosszú polarimetriás adatai egyértelmű bizonyítékot szolgáltatnak a Markarian 501 részecskegyorsítási folyamatára.” – írja Lea Marcotulli (Yale Egyetem). „Ez egy hatalmas lépés, ami közelebb visz bennünket ezeknek az extrém részecskegyorsítóknak a megértéséhez. Ezek pedig már a felfedezésük óta sok kutatás középpontjában állnak.”

Forrás: Sky & Telescope