En parlak kozmik nesnelerden bazıları blazarlardır. Bunlar, diske dik iki güçlü jet üretebilen ve bir disk içinde etrafında dönen malzemeyi besleyen süper kütleli bir kara delikten oluşur. Teleskoplarımızdan bakıldığında bir blazar alışılmadık derecede parlak görünür çünkü hızlı hareket eden parçacıklardan oluşan güçlü jetlerinden biri doğrudan Dünya’ya yönelmiştir. Bu jetlerdeki parçacıkların bu kadar yüksek enerjiye nasıl ulaştığı bilim insanları için uzun zamandır bir muamma.
Gökbilimciler, NASA’nın Görüntüleme X-Işını Polarimetri Kaşifi veya IXPE sayesinde bir açıklama arayışlarında ilerleme kaydettiler. Büyük bir uluslararası ekip tarafından 23 Kasım’da Nature dergisinde yayınlanan yeni bir çalışmaya göre, parçacık hızlanmasının en iyi açıklaması jet içindeki bir şok dalgasıdır.
Çalışmanın başyazarı ve ESO ile Finlandiya Astronomi Merkezi FINCA’da gökbilimci olan Yannis Liodakis, “Bu cevapladığımız 40 yıllık bir muamma. “Sonunda bulmacanın tüm parçalarını bir araya getirdiğimizde çizdikleri resim çok açıktı.”
NASA ve İtalyan Uzay Ajansı’nın ortak projesi olan ve 9 Aralık 2021’de fırlatılan Dünya yörüngesindeki IXPE uydusu, uzaydan daha önce hiç elde edilmemiş benzersiz bir veri türü sunuyor. Bu yeni verilerde X-ışını ışığının polarizasyonu ölçüldü, yani IXPE artık X-ışını ışık dalgalarının elektrik alanının ortalama gücünü ve yönünü belirleyebiliyor.
Atmosfer uzaydan gelen X-ışınlarını emdiği için Dünya’daki teleskoplar X-ışını radyasyonundaki elektrik alanının yönünü veya polarizasyon derecesini belirleyemez.
İtalyan Uzay Ajansı’nda IXPE proje bilimcisi olan Immacolata Donnarumma, radyodan çok yüksek enerjili gama ışınlarına kadar farklı ışık frekanslarını inceleyerek oluşturulan modellerle doğrudan bir karşılaştırma yaptığını anlattı.
Mevcut veriler gözden geçirildikçe ve gelecekte yeni veriler toplandıkça, “IXPE yeni kanıtlar sağlamaya devam edecektir.”
Mevcut çalışma, Herkül takımyıldızında Dünya’dan yaklaşık 450 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan bir blazar olan Markarian 501’e odaklandı. Bunu IXPE kullanarak yaptı. Bu devasa eliptik galaksinin aktif kara delik sistemi çekirdeğinde yer alıyor.
Mart 2022’nin başlarında IXPE, iki hafta sonra geri dönmeden önce Markarian 501’i üç gün boyunca gözlemledi.
Yörüngedeki ve Dünya’daki diğer teleskoplar, bu gözlemler sırasında gökbilimciler tarafından blazar hakkında radyo, optik ve X-ışını dahil olmak üzere çeşitli ışık spektrumlarında veri toplamak için kullanıldı.
Araştırmacılar ilk kez bir blazarın parçacık hızlanma kaynağına daha yakın yayılan X-ışınları hakkında bu bakış açısını elde edebildiler. Diğer çalışmalar daha önce blazarlardan gelen düşük enerjili ışığın polarizasyonunu incelemiş olsa da, bilim insanları ilk kez bunu yapabildi.
Boston Üniversitesi’nden IXPE araştırma ekibi lideri Alan Marscher, radyo, kızılötesi ve optik polarizasyon cephaneliğine X-ışını polarizasyonunun eklenmesini “oyunun kurallarını değiştiren bir gelişme” olarak nitelendirdi.
Araştırmacılar radyo dalgalarının X-ışınlarından daha polarize olan optik dalgalardan daha polarize olduğunu keşfetti. Bununla birlikte, polarize ışığın yönelimi ölçülen tüm ışık dalga boylarında tutarlıydı ve jetin yolu ile çakışıyordu.
Gökbilimciler ekibi, elde ettikleri sonuçları teorik modellerle karşılaştırdıktan sonra, verilerinin bir şok dalgasının jet parçacıklarını hızlandırdığı bir senaryoya en yakın şekilde uyduğunu keşfetti. Herhangi bir şey çevresindeki malzemenin ses hızından daha hızlı hareket ettiğinde, örneğin Dünya atmosferinde süpersonik bir uçak geçtiğinde, bir şok dalgası üretilir.
Araştırmanın amacı şok dalgalarının hala bilinmeyen kökenlerini incelemek değildi. Ancak araştırmacılar, jetin bir bölümünü süpersonik yapan şeyin akışındaki bir değişiklik olduğuna inanıyor. Bu, jet bariyerindeki şiddetli basınç dalgalanmalarının veya jet içindeki yüksek enerjili parçacık çarpışmalarının bir sonucu olabilir.
Marscher’e göre, şok dalgası bölgeden geçtiğinde manyetik alan güçlenir ve parçacık enerjisi artar. “Şok dalgasının hareket enerjisini yaratan malzeme, enerjinin geldiği yerdir.”
Yüksek enerjileri nedeniyle, X-ışınları başlangıçta parçacıklar dışarı doğru hareket ederken üretilir. Türbülanslı bölge aracılığıyla şok bölgesinden uzaklaştıkça enerji kaybetmeye başlarlar, bu da optik ve daha sonra radyo dalgaları gibi daha az enerjili ışık yaymalarına neden olur. Bu, bir şelalenin su akışını daha türbülanslı hale getirmesine benzer; ancak bu durumda türbülansın kaynağı manyetik alanlardır.
Markarian 501 blazar, kutuplaşmanın zaman içinde gelişip gelişmediğini belirlemek için araştırmacılar tarafından gözlemlenmeye devam edecek. IXPE, iki yıllık ana görevi boyunca daha geniş bir yelpazedeki blazarları da inceleyerek evrenle ilgili daha kalıcı muammaları ortaya çıkaracak. Marscher’in ifadesiyle, “bu, insanlığın doğayı ve onun tüm egzotikliğini anlamaya yönelik evriminin bir parçasıdır.”
Kaynak: scitechdaily – DOI: 10.1038/s41586-022-05338-0
