Среда, 21 февраля, 2024
ДомойКосмосУскорители частиц в небе: IXPE НАСА исследует механику «микроквазара»

Ускорители частиц в небе: IXPE НАСА исследует механику «микроквазара»

- Advertisement -

На этом составном изображении туманности Ламантина запечатлена струя, исходящая из SS 433, черной дыры, пожирающей материал, заключенный в остатке сверхновой, которая ее породила. Новое исследование с использованием данных космического корабля IXPE пролило свет на ускорение частиц черными дырами, в частности, благодаря изучению микроквазара SS 433. Эта работа показывает, что магнитные поля внутри струй совпадают с их движением, что противоречит более ранним теориям и расширяет наше понимание такие космические явления. Авторы и права: Рентген: (IXPE): NASA/MSFC/IXPE; (Чандра): НАСА/CXC/SAO; (XMM): ЕКА/XMM-Ньютон; ИК: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт/WISE; Радио: НРАО/АУИ/НСФ/ВЛА/Б. Сакстон. (ИК/радиоизображение создано на основе данных М. Госса и др.); Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/N. Волк и К.Арканд

Информация из НАСАМиссия IXPE изменила наше понимание ускорения частиц в черных дырах, используя микроквазар SS 433 в качестве примера для выявления выровненных магнитных полей внутри его джетов.

Мощные гравитационные поля черных дыр могут поглотить материю целых планет – часто настолько сильно, что выбрасывают потоки частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, в образованиях, известных как джеты. Ученые понимают, что эти высокоскоростные струи могут ускорять частицы, называемые космическими лучами, но об этом процессе мало что известно.

Недавние выводы исследователей, использующих данные космического корабля НАСА IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer), дают ученым новые подсказки о том, как ускорение частиц происходит в этой экстремальной среде. Наблюдения проводились с «микроквазара», системы, состоящей из черная дыра выкачивание материала из звезды-компаньона.

Пристальный взгляд на SS 433

Рассматриваемый микроквазар – Стивенсон и Сандулек 433, или SS 433 – находится в центре остатка сверхновой W50 в созвездии Орла, примерно в 18 000 световых годах от Земли. Мощные струи SS 433, которые искажают форму остатка и заслужили прозвище «Туманность Ламантина», развиваются со скоростью примерно 26% скорости света, или более 48 000 миль в секунду. Идентифицированный в конце 1970-х годов, SS 433 является первым когда-либо открытым микроквазаром.

Три бортовых телескопа IXPE измеряют особое свойство рентгеновского света, называемое поляризацией, которое рассказывает ученым об организации и выравнивании электромагнитных волн на рентгеновских частотах. Поляризация рентгеновских лучей помогает исследователям понять физические процессы, происходящие в экстремальных регионах нашей Вселенной, таких как среда вокруг черных дыр, и то, как частицы ускоряются в этих регионах.

На этом составном изображении туманности Ламантина запечатлена струя, исходящая из SS 433, черной дыры, пожирающей материал, заключенный в остатке сверхновой, которая ее породила. Радиоизлучение остатка имеет сине-зеленый цвет, тогда как рентгеновские лучи, объединенные с IXPE, XMM-Newton и Chandra, выделены ярким сине-фиолетовым и розовато-белым цветом на фоне инфракрасных данных красным. Черная дыра испускает две струи материи, движущиеся в противоположных направлениях почти со скоростью света, искажая форму остатка. Джеты становятся яркими примерно в 100 световых годах от черной дыры, где частицы ускоряются до очень высоких энергий за счет ударов внутри джета. Данные IXPE показывают, что магнитное поле, которое играет ключевую роль в ускорении частиц, ориентировано параллельно струе, что помогает нам понять, как астрофизические струи ускоряют эти частицы до высоких энергий. Авторы и права: Рентген: (IXPE): NASA/MSFC/IXPE; (Чандра): НАСА/CXC/SAO; (XMM): ЕКА/XMM-Ньютон; ИК: НАСА/Лаборатория реактивного движения/Калифорнийский технологический институт/WISE; Радио: НРАО/АУИ/НСФ/ВЛА/Б. Сакстон. (ИК/радиоизображение создано на основе данных М. Госса и др.); Обработка изображений: NASA/CXC/SAO/N. Волк и К.Арканд

Революционные открытия и будущие последствия

IXPE провела 18 дней в апреле и мае 2023 года, изучая одно такое место ускорения в восточной части SS 433, где выбросы производятся энергичными электронами, вращающимися по спирали в магнитном поле – процесс, называемый синхротронным излучением.

«Данные IXPE показывают, что магнитное поле вблизи области ускорения указывает в направлении движения струй», — сказал астрофизик Филип Кааре из Центра космических полетов имени Маршалла НАСА в Хантсвилле, штат Алабама, и главный исследователь миссии IXPE вместе с ведущим автором. новой статьи о находках на SS 433.

«Высокий уровень поляризации, наблюдаемый с помощью IXPE, показывает, что магнитное поле хорошо упорядочено, по крайней мере половина поля ориентирована в одном направлении», — сказал Каарет.

По его словам, это открытие было неожиданным. Исследователи уже давно предположили, что взаимодействие между струей и межзвездной средой – средой газа и пыли между звездами – вероятно, создает ударную волну, приводящую к неупорядоченным магнитным полям.

Исследователь рентгеновской поляриметрии изображений НАСА (IXPE). Кредит: НАСА

По словам Каарета, эти данные предполагают новую возможность: магнитные поля внутри мощных струй могут быть «захвачены» и растянуты, когда они сталкиваются с межзвездной материей, напрямую влияя на их выравнивание в области ускорения частиц.

С 1980-х годов исследователи предполагают, что струи SS 433 действуют как ускорители частиц. В 2018 году наблюдатели на Высотная водная Черенковская обсерватория в Пуэбле, Мексика, проверили эффект ускорения самолетов, а ученые использовали NuSTAR НАСА (матрица ядерных спектроскопических телескопов) и обсерватории XMM-Newton Европейского космического агентства, чтобы точно определить область ускорения.

Поскольку исследователи продолжают оценивать результаты IXPE и изучать новые цели в космосе, их данные также могут помочь определить, действует ли тот же механизм для выравнивания магнитных полей в потоках, испускаемых различными явлениями – от струй черных дыр, вырывающихся из остатков сверхновых, до выброшенных обломков. от взорвавшихся звезд, таких как блазары.

«Это очень деликатное измерение стало возможным благодаря возможностям рентгеновских поляриметров IXPE, позволяющим обнаруживать слабый сигнал в небольшой области джета в 95 световых годах от центральной черной дыры», — сказал Паоло Соффитта, итальянский исследователь. главный следователь миссии IXPE.

Новая статья, подробно описывающая наблюдения IXPE на SS 433, доступна в последнем выпуске журнала. Астрофизический журнал.

Ссылка: «Рентгеновская поляризация восточной доли SS 433» Филиппа Каарета, Риккардо Ферраццоли, Стефано Сильвестри, Микела Негро, Альберто Манфреда, Кинва Ву, Энрико Коста, Паоло Соффитта, Самар Сафи-Харб, Юри Путанен, Александра Веледина. , Алессандро Ди Марко, Патрик Слейн, Стефано Бьянки, Адам Ингрэм, Роджер В. Романи, Николо Сибрарио, Бридин Мак Интайр, Романа Микушинцова, Аджай Ратиш, Джеймс Ф. Штайнер, Иржи Свобода, Стефано Туглиани, Иван Агудо, Лусио А. Антонелли , Маттео Бачетти, Лука Бальдини, Уэйн Х. Баумгартнер, Роналдо Беллаццини, Стивен Д. Бонджорно, Рафаэлла Бонино, Алессандро Брез, Никколо Буччиантини, Фиамма Капитанио, Симоне Кастеллано, Элизабетта Каваццути, Чиен-Тин Чен, Стефано Чиприни, Алессандра Де Роза, Этторе Дель Монте, Лаура Ди Джезу, Никколо Ди Лалла, Иммаколата Доннарумма, Виктор Дорошенко, Михал Довчак, Стивен Р. Элерт, Теруаки Иното, Юрий Евангелиста, Серджио Фабиани, Хавьер А. Гарсия, Шуичи Гундзи, Киёси Хаяшида, Джереми Хейл, Ватару Ивакири, Светлана Дж. Йорстад, Владимир Карась, Фабиан Кислат, Такао Китагути, Джеффри Дж. Колодзейчак, Хенрик Кравчински, Фабио Ла Монака, Лука Латронико, Иоаннис Лиодакис, Симона Мальдера, Фредерик Марин, Андреа Маринуччи, Алан П. Маршер, Херман Л. Маршалл, Франческо Массаро, Джорджио Мэтт, Икуюки Мицуиси, Цунэфуми Мизуно, Фабио Мулери, Чи-Юнг Нг, Стивен Л. О’Делл, Никола Омодей, Кьяра Оппедисано, Алессандро Папитто, Джордж Г. Павлов, Абель Л. Пирсон, Маттео Перри, Мелисса Пеше-Роллинз, Пьер-Оливье Петруччи, Маура Пилия, Андреа Поссенти, Симонетта Пуччетти, Брайан Д. Рэмси, Джон Рэнкин, Оливер Дж. Робертс, Кармело Сгро, Глория Спандре, Дуглас А. Шварц, Тору Тамагава, Фабрицио Тавеккио , Роберто Таверна, Юдзуру Тавара, Аллин Ф. Теннант, Николас Э. Томас, Франческо Томбези, Алессио Труа, Сергей С. Цыганков, Роберто Туролла, Жакко Винк, Мартин К. Вайскопф, Фей Се и Сильвия Зейн, 16 января 2024 г., Письма в астрофизическом журнале.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad103b

О миссии

IXPE — это сотрудничество НАСА и Итальянского космического агентства с партнерами и научными сотрудниками в 12 странах. IXPE возглавляет Центр космических полетов имени Маршалла НАСА. Компания Ball Aerospace со штаб-квартирой в Брумфилде, штат Колорадо, управляет эксплуатацией космических кораблей совместно с Лабораторией физики атмосферы и космоса Университета Колорадо в Боулдере.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме