Les noyaux galactiques actifs, alimentés par les trous noirs supermassifs qu’ils contiennent, sont les objets les plus brillants de l’univers. La lumière provient de jets de matière éjectés à une vitesse proche de la lumière depuis l’environnement autour du trou noir. Dans la plupart des cas, ces noyaux galactiques actifs sont appelés quasars. Mais dans les rares occasions où l’un des jets est dirigé directement vers la Terre, il s’appelle un blazar et apparaît beaucoup plus brillant.
Bien qu’un aperçu général du fonctionnement d’un blazar ait été élaboré, de nombreux détails restent mal compris, notamment la façon dont la matière en mouvement rapide produit autant de lumière. Maintenant, les chercheurs ont transformé un nouvel observatoire spatial appelé Explorateur d’imagerie à rayons X polarisants (IXPE) vers l’un des feux les plus brillants du ciel. Dans l’ensemble, les données de ces observations et d’autres suggèrent que la lumière est produite lorsque le trou noir de jais entre en collision avec de la matière en mouvement lent.
Avion et lumière
IXPE est spécialisé dans la détection de la polarisation des photons à haute énergie – la direction de vibration dans le champ électrique de la lumière. Les informations de polarisation peuvent nous dire quelque chose sur le processus qui a créé les photons. Par exemple, des photons provenant d’un environnement désordonné auront des polarisations essentiellement aléatoires, alors qu’un environnement plus désordonné aura tendance à produire des photons avec une plage de polarisations limitée. La lumière traversant un matériau ou un champ magnétique peut également modifier sa polarisation.
Cela s’est avéré utile dans l’étude des blazars. Les photons de haute énergie émis par ces objets sont générés par les particules chargées du faisceau. Lorsque ces objets changent de trajectoire ou ralentissent, ils doivent libérer de l’énergie sous forme de photons. Parce qu’ils voyagent près de la vitesse de la lumière, ils ont beaucoup d’énergie à libérer, permettant aux blazars d’émettre tout le spectre des ondes radio aux rayons gamma – certains de ces derniers restant à cette énergie malgré des milliards d’années de décalage vers le rouge.
Eh bien, la question devient alors ce qui fait ralentir ces particules. Il y a deux idées principales. L’un de ces facteurs est que l’environnement à l’intérieur de l’avion est turbulent, avec une accumulation de matériaux et des champs magnétiques chaotiques. Cela ralentit les particules et l’environnement chaotique signifierait que les polarisations deviendraient principalement aléatoires.
Une idée alternative implique des ondes de choc, où le matériau d’un jet entre en collision avec un matériau en mouvement plus lent, le ralentissant. Il s’agit d’un processus relativement désordonné, résultant en une polarisation relativement limitée en bande qui devient plus prononcée à des énergies plus élevées.
Entrez IXPE
La nouvelle série d’observations est une campagne coordonnée pour enregistrer Blazar Markarian 501 à l’aide de plusieurs télescopes qui capturent la polarisation à des longueurs d’onde plus longues, l’IXPE gérant les photons les plus énergétiques. De plus, les chercheurs ont recherché dans les archives de plusieurs observatoires les premières observations de Markarian 501, ce qui leur a permis de déterminer si sa polarisation est stable dans le temps.
En général, sur tout le spectre des ondes radio aux rayons gamma, les polarisations mesurées sont à quelques degrés près les unes des autres. Il est également stable dans le temps et son alignement s’améliore à des énergies de photons plus élevées.
Il y a toujours une légère différence de polarisation, indiquant relativement peu de perturbations sur le site du crash, ce qui n’est pas vraiment surprenant. Mais c’est beaucoup moins turbulent que ce à quoi on pourrait s’attendre d’une matière turbulente avec des champs magnétiques complexes.
Bien que ces résultats permettent de mieux comprendre comment les trous noirs produisent de la lumière, ce processus dépend finalement de la production de la lueur qui se produit près du trou noir. La formation de ces jets n’est pas encore bien comprise, de sorte que les personnes qui étudient l’astrophysique des trous noirs ont encore des raisons de se remettre au travail après le week-end.
d’accord2022. DOI : 10.1038/s41586-022-05338-0 (À propos des DOI).
