Bu NASA çizimi, Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) tarafından blazar Markarian 421’in son gözlemlerinden çıkarıldığı şekliyle bir kara delik jetinin yapısını göstermektedir. Jet, görüntünün altında gösterilen ve zamanla kara deliğin yörüngesinde dönen ve düşen bir yığılma diski tarafından desteklenmektedir. Helisel manyetik alanlar jetin içinden geçirilir. IXPE gözlemleri, X-ışınlarının sarmal manyetik alanların etrafında dönen malzeme içinden kaynaklanan bir şokta üretilmesi gerektiğini göstermiştir. Ek, şok cephesinin kendisini gösterir. X-ışınları, şok cephesine en yakın beyaz bölgede üretilirken, optik ve radyo emisyonu, şoktan daha uzaktaki daha çalkantılı bölgelerden gelmelidir. Kredi: NASA/Pablo Garcia
Evren, yüksek enerjili parçacıklardan oluşan güçlü jetler üreten ve uzayın uçsuz bucaksızlığında aşırı parlaklık kaynakları yaratan güçlü süper kütleli kara deliklerle dolup taşmaktadır. Bu jetlerden biri doğrudan Dünya’yı hedef aldığında, bilim adamları kara delik sistemine blazar diyorlar.
Jetteki parçacıkların neden büyük hızlar ve enerjilerle hareket ettiğini anlamak için bilim adamları, NASA’nın Aralık 2021’de kullanıma sunulan IXPE’sine (Görüntüleme X-ray Polarimetri Gezgini) başvuruyor. Bu gelişmiş araç, X-ışını frekanslarında elektromanyetik dalgaların düzenlenmesiyle ilgili olan ve polarizasyon olarak bilinen, X-ışını ışığının benzersiz bir özelliğini ölçer.
Fresh Insights Markarian 421’den
Bu hafta, uluslararası bir astrofizik ekibi, IXPE’den Markarian 421 adlı bir blazarla ilgili yeni bulgular yayınladı. Büyük Ayı takımyıldızında ve Dünya’dan yaklaşık 400 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan bu blazar, manyetik alanda parçacıkların hızlandığı sarmal bir yapıya dair kanıtla bilim adamlarını hayrete düşürdü.
“Markarian 421, yüksek enerjili astronomların eski bir dostudur.” İtalyan Uzay Ajansı astrofizikçisi, yeni makalenin baş yazarı Laura Di Gesu dedi. “Blazar’ın IXPE için değerli bir hedef olacağından emindik, ancak keşifleri, en iyi beklentilerimizin ötesindeydi ve X-ışını polarimetrisinin, göreli jetlerin farklı bölgelerindeki karmaşık manyetik alan geometrisini ve parçacık ivmesini araştırma yeteneğimizi nasıl zenginleştirdiğini başarıyla gösterdi.”
IXPE ekibinin Markarian 421’deki bulgularını ayrıntılandıran yeni çalışma, Nature Astronomy’nin son baskısında mevcuttur.
Sanatçının I temsili Dünya yörüngesinde XPE. Kredi: NASA
Blazar Jetleri Olgusu
Margarian 421’den yayılanlar gibi Blazar jetleri, milyonlarca ışıkyılı uzunluğunda olabilir. Özellikle parlaktırlar, çünkü parçacıklar ışık hızına yaklaştıkça muazzam miktarda enerji yayarlar ve Einstein’ın tahmin ettiği gibi tuhaf davranışlar sergilerler. Blazar jetleri daha da parlak çünkü tıpkı bir ambulans sireninin yaklaşırken daha yüksek sesle çalması gibi, bize doğrultulan ışık da daha parlak görünüyor. Bu, blazarların ev sahibi galaksilerindeki tüm yıldızları neden gölgede bırakabildiğini açıklıyor.
Blazar Jet Dinamiklerinin Muamması
Onlarca yıldır süren araştırmalara rağmen, blazar jetlerinin dinamiklerini ve emisyonlarını şekillendiren fiziksel süreçler bilim adamları için anlaşılmaz. Bununla birlikte, ışık dalgalarının elektrik alanının ortalama yönünü ölçen IXPE’nin yeni X-ışını polarimetrisi, bu nesneler, fiziksel geometrileri ve emisyonlarının kaynağı hakkında rakipsiz bir bakış açısı sunar.
Şaşırtıcı Keşifler
Araştırmacıların modelleri tipik olarak, insan DNA’sının organizasyonuna benzeyen, spiral bir sarmal yapıya sahip güçlü jet çıkışını tasvir eder. Ancak bilim adamları, sarmal yapının şoklarla hızlanan parçacık bölgeleri içermesini beklemiyordu.
IXPE, Mayıs ve Haziran 2022’de Markarian 421’in üç genişletilmiş gözlemi sırasında polarizasyon açısında şaşırtıcı değişkenlik keşfetti.
Cambridge’deki Massachusetts Institute of Technology’de araştırma fizikçisi olan Herman Marshall, “Polarizasyon yönünün değişebileceğini tahmin etmiştik, ancak birçok blazarın önceki optik gözlemlerine dayanarak büyük rotasyonların nadir olacağını düşündük” dedi ve makalenin ortak yazarı. “Bu nedenle, ilki %15’lik sabit bir polarizasyon gösterecek şekilde blazarla ilgili birkaç gözlem planladık.”
İlginç bir şekilde, IXPE’den alınan polarizasyon verilerinin ilk analizinin birinci ve ikinci gözlemler arasında sıfıra düştüğünü gösterdiğini ekledi.
“Sonra polarizasyonun aslında hemen hemen aynı olduğunu ancak yönünün kelimenin tam anlamıyla bir U dönüşü yaptığını ve iki gün içinde yaklaşık 180 derece döndüğünü fark ettik,” dedi Marshall.Bu, bir şok dalgasının jetin içindeki sarmal manyetik alanlar boyunca yayılıyor olabileceğini düşündürür.
Jet parçacıklarını hızlandıran bir şok dalgası kavramı, IXPE tarafından gözlemlenen ve 2022’nin sonlarında yayınlanan bir araştırmaya yol açan ikinci bir blazar olan Markarian 501 hakkındaki teorilerle tutarlıdır. Ancak kuzeni Markarian 421, şoka katkıda bulunan bir sarmal manyetik alanın daha net kanıtlarını gösteriyor.
Di Gesu, Marshall ve meslektaşları daha fazla ilerlemeye hevesli. Bu jet dalgalanmaları ve bunların ne sıklıkta meydana geldiği hakkında daha fazla bilgi edinmek için Markarian 421 ve diğer blazarların gözlemlerini inceleyin.
“IXPE sayesinde, astrofiziksel jetlerle ilgili çalışmalar için heyecan verici bir zaman,” dedi Di Gesu.
Referans: “Jetteki X-ışını polarizasyon açısı rotasyonunun blazar Mrk 421’den keşfi”, Laura Di Gesu, Herman L. Marshall, Steven R. Ehlert, Dawoon E Kim, Immacolata Donnarumma, Fabrizio Tavecchio, Ioannis Liodakis, Sebastian Kiehlmann, Iván Agudo, Svetlana G. Jorstad, Fabio Muleri, Alan P. Marscher, Simonetta Puccetti, Riccardo Middei, Matteo Perri, Luigi Pacciani, Michela Negro, Roger W. Romani, Alessandro Di Marco, Dmitry Blinov, Ioakeim G. Bourbah, Ev angelos Kontopodis, Nikos Mandarakas, Stylianos Romanopoulos, Raphael Skalidis, Anna Vervelaki, Carolina Casadio, Juan Escudero, Ioannis Myserlis, Mark A. Gurwell, Ramprasad Rao, Garrett K. Keating, Pouya M. Kouch, Elina Lindfors, Francisco José Aceituno, Maria I. Bernardos, Giacomo Bonnoli, Víctor Casanova, Maya García -Comas, Beatriz Agís-González, César Husillos, Alessandro Marchini, Alfredo Sota, Ryo Imazawa, Mahito Sasada, Yasushi Fukazawa, Koji S. Kawabata, Makoto Uemura, Tsunefumi Mizuno, Tatsuya Nakaoka, Hiroshi Akitaya, Sergey S. Savchenko, Andrey A. Vasilyev, José L. Gómez, Lucio A. Antonelli , Thibault Barnouin, Raffaella Bonino, Elisabetta Cavazzuti, Luigi Costamante, Chien-Ting Chen, Nicolò Cibrario, Alessandra De Rosa, Federico Di Pierro, Manel Errando, Philip Kaaret, Vladimir Karas, Henric Krawczynski, Lindsey Lisalda, Grzegorz Madejski, Christian Malacaria, Frédéric Marin, Andrea Marinucci, Francesco Massaro, Gi orgio Matt, Ikuyuki Mitsuishi, Stephen L. O’Dell, Alessandro Paggi, Abel L. Peirson, Pierre-Olivier Petrucci, Brian D. Ramsey, Allyn F. Tennant, Kinwah Wu, Matteo Bachetti, Luca Baldini, Wayne H. Baumgartner, Ronaldo Bellazzini, Stefano Bianchi, Stephen D. Bongiorno, Alessandro Brez, Niccolò Bucciantini, Fi amma Capitanio, Simone Castellano, Stefano Ciprini, Enrico Costa, Ettore Del Monte, Niccolò Di Lalla, Victor Doroshenko, Michal Dovčiak, Teruaki Enoto, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Riccardo Ferrazzoli, Javier A. Garcia, Shuichi Gunji, Kiyoshi Hayashida, Jeremy Heyl, Wataru Iwakiri, Fabian Kislat, Taka o Kitaguchi, Jeffery J. Kolodziejczak, Fabio La Monaca, Luca Latronico, Simone Maldera, Alberto Manfreda, C.-Y. Ng, Nicola Omodei, Chiara Oppedisano, Alessandro Papitto, George G. Pavlov, Melissa Pesce-Rollins, Maura Pilia, Andrea Possenti, Juri Poutanen, John Rankin, Ajay Ratheesh, Oliver J. Roberts, Carmelo Sgrò, Patrick Slane, Paolo Soffitta, Gloria Spandre, Douglas A. Swartz, Toru Tamagawa, Roberto Taverna , Yuzuru Tawara, Nicholas E. Thomas, Francesco Tombesi, Alessio Trois, Sergey S. Tsygankov, Roberto Turolla, Jacco Vink, Martin C. Weisskopf, Fei Xie ve Silvia Zane, 17 Temmuz 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-02032-7
IXPE, NASA ve İtalyan Uzay Ajansı arasında 12 ülkedeki ortaklar ve bilim işbirlikçileri ile yapılan bir işbirliğidir. IXPE, NASA’nın Alabama, Huntsville’deki Marshall Uzay Uçuş Merkezi tarafından yönetiliyor. Merkezi Broomfield, Colorado’da bulunan Ball Aerospace, Colorado Üniversitesi’nin Boulder’daki Atmosfer ve Uzay Fiziği Laboratuvarı ile birlikte uzay aracı operasyonlarını yönetiyor. IXPE’nin Markarian 421 gözlemleri, Amerika Birleşik Devletleri ve Fransa, Japonya, İspanya ve Girit’teki ortak gözlemevleri tarafından toplanan verilerle tamamlandı.
.