Телескоп IXPE розкрив секрети рентгенівського випромінювання, пов'язаного з чорною дірою.

Астрономи, використовуючи космічний телескоп IXPE, виявили, що рентгенівські промені, що виникають у релятивістських струменях блазара BL Lacertae, формуються через взаємодію електронів з фотонами.

Міжнародна група астрономів зробила значне відкриття стосовно характеру рентгенівського випромінювання, що виникає в релятивістських струменях надмасивних чорних дір. Це дослідження було проведене за допомогою рентгенівського поляриметричного телескопа IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), розробленого космічним агентством NASA.

Об'єктом спостереження став блазар BL Lacertae -- надмасивна чорна діра, оточена яскравим диском речовини та потужними струменями, спрямованими у бік Землі. Цей об'єкт є одним із перших відкритих блазарів, який спочатку вважали змінною зорею в сузір'ї Ящірки.

Астрофізики зіткнулися з викликом розгадати давню таємницю: який механізм стоїть за виникненням рентгенівського випромінювання в релятивістських струменях. Вчені розробили дві суперечливі теорії — одна з них зосереджується на протонах, а інша — на електронах.

"Це була одна з найбільших таємниць щодо струменів надмасивних чорних дір", -- зазначив доктор Іван Агудо з Інституту астрофізики Андалусії. "І IXPE, за підтримки низки наземних телескопів, нарешті надав нам інструменти для її розв'язання".

Вимірювання поляризації стало важливим ключем до розгадки — це характеристика світла, яка визначає середній напрямок електромагнітних хвиль. Високий рівень поляризації рентгенівського випромінювання міг би свідчити про його походження від протонів, що обертаються в магнітному полі струменя або взаємодіють з фотонами. У свою чергу, низька поляризація вказувала б на те, що випромінювання виникає в результаті взаємодії електронів з фотонами.

IXPE — це унікальний сучасний супутник, що має можливість проводити поляризаційні вимірювання. Спостереження за об'єктом BL Lacertae тривали протягом семи днів у листопаді 2023 року. Паралельно, кілька наземних телескопів виконували вимірювання оптичної та радіополяризації.

Під час проведення спостережень стався вражаючий випадок — оптична поляризація BL Lacertae досягла рекордних 47,5%. "Це не просто найвищий рівень поляризації для BL Lacertae за останні три десятиліття, але й максимальний показник, коли-небудь зареєстрований для будь-якого блазара", — зазначив доктор Іоанніс Ліодакіс з Інституту астрофізики FORTH.

Вчені встановили, що рівень поляризації рентгенівського випромінювання виявився значно меншим, ніж у випадку з оптичним світлом. Вони не змогли зафіксувати виражений поляризаційний сигнал і з'ясували, що поляризація рентгенівських променів не може перевищувати 7,6%.

Це спостереження підтвердило, що рентгенівське випромінювання виникає в результаті взаємодії електронів з фотонами через ефект Комптона. Цей процес передбачає, що фотон може або втратити, або отримати енергію під час зіткнення з зарядженою частинкою, зазвичай електроном. У струменях надмасивних чорних дір електрони рухаються зі швидкостями, близькими до швидкості світла, і мають достатньо енергії для того, щоб перетворювати фотони інфрачервоного спектра в рентгенівські довжини хвиль.

"Те, що оптична поляризація виявилася значно вищою порівняно з рентгенівськими променями, можна зрозуміти лише через явище комптонівського розсіювання", -- зазначив доктор Стівен Елерт, науковий керівник проєкту IXPE в Космічному центрі Маршалла.

"IXPE вирішив ще одну загадку чорних дір," – зазначив доктор Енріко Коста з Інституту астрофізики та планетології Національного інституту астрофізики. "Поляризоване рентгенівське зображення IXPE розкриває кілька стародавніх таємниць, і ця є однією з найзначніших. У інших випадках результати IXPE ставили під сумнів традиційні уявлення та відкривали нові питання, але так і працює наука. IXPE, безумовно, виконує дуже якісну наукову роботу."

Висновки цього дослідження були опубліковані в журналі Astrophysical Journal Letters.