美国国家航空航天局的IXPE揭示了黑洞射流中产生X射线的粒子
（蜘蛛网eeook.com）据美国国家航空航天局（贝丝·里奇韦）：blazar BL Lacertae是一个被明亮的圆盘和朝向地球的喷流包围的超大质量黑洞，它为科学家们提供了一个独特的机会来回答一个长期存在的问题：在这样的极端环境中，X射线是如何产生的？
美国国家航空航天局的IXPE（成像X射线偏振探测器）与射电望远镜和光学望远镜合作寻找答案。结果（预印本可在此处获得）将发表在《天体物理学杂志快报》上，表明快速移动的电子和光粒子（称为光子）之间的相互作用必然会导致这种X射线发射。
这位艺术家的概念描绘了blazar BL Lacertae的中心区域，这是一个被明亮的圆盘和朝向地球的喷流包围的超大质量黑洞。星系的中心黑洞被各种色调的橙色漩涡包围着，这些漩涡代表了朝向黑洞的物质吸积盘。虽然黑洞以吸引物质而闻名，但这种吸积过程会导致电子以接近光速的速度喷射出来。物质射流由从黑洞中心开始并在到达图像底部时变宽的光锥表示。它上面有白色、粉色和紫色的条纹，代表螺旋形磁场。我们可以在许多波长的光中观察到这些射流，包括无线电、光学和X射线。美国国家航空航天局的成像X射线偏振探测器（IXPE）最近与射电望远镜和光学望远镜合作，观测了这股喷流，并确定了X射线是如何在这些类型的天体环境中产生的。图像：美国国家航空航天局/巴勃罗·加西亚
科学家们对X射线有两种相互竞争的可能解释，一种涉及质子，另一种涉及电子。每种机制在X射线的偏振中都有不同的特征。偏振是光的一种特性，描述了组成光的电磁波的平均方向。
如果黑洞射流中的X射线是高度极化的，这意味着X射线是由在射流磁场中旋转的质子或与射流光子相互作用的质子产生的。如果X射线的偏振度较低，则表明电子-光子相互作用会导致X射线的产生。
2021年12月9日发射的IXPE是目前唯一一颗能够进行这种偏振测量的卫星。
“这是关于超大质量黑洞喷流的最大谜团之一，”该研究的主要作者、西班牙安达鲁西亚天文研究所的天文学家Iván Agudo说。“IXPE在许多地面望远镜的帮助下，终于为我们提供了解决这个问题的工具。”
天文学家发现，电子一定是康普顿散射过程的罪魁祸首。当光子与带电粒子（通常是电子）相互作用后失去或获得能量时，就会发生康普顿散射（或康普顿效应）。在超大质量黑洞的喷流中，电子以接近光速的速度移动。IXPE帮助科学家们了解到，在耀变体喷流的情况下，电子有足够的能量散射高达X射线波长的红外光光子。
BL Lacertae（简称BL Lac）是迄今为止发现的最早的耀变体之一，最初被认为是Lacerta星座中的一颗变星。IXPE在2023年11月底对BL Lac进行了为期七天的观测，同时使用了几台地面望远镜测量光学和无线电偏振。虽然IXPE过去观察过BL Lac，但这次观察很特别。巧合的是，在X射线偏振观测期间，BL Lac的光学偏振达到了一个很高的数字：47.5%。
“这不仅是过去30年来最极化的BL Lac，也是迄今为止观测到的最极化的blazar！”该研究的主要作者之一、希腊FORTH天体物理研究所的天体物理学家Ioannis Liodakis说。
IXPE发现X射线的偏振度远低于光学光。该团队无法测量到强烈的偏振信号，并确定X射线的偏振度不能超过7.6%。这证明了通过康普顿效应与光子相互作用的电子必须解释X射线。
IXPE项目科学家、马歇尔航天飞行中心天文学家史蒂文·埃勒特说：“光偏振比X射线高得多的事实只能用康普顿散射来解释。”。
“IXPE已经设法解决了另一个黑洞之谜，”罗马国家天文研究所的天体物理学家Enrico Costa说。Costa是10年前在IXPE的第一位首席研究员Martin Weisskopf的领导下构思并向美国国家航空航天局提出这项实验的科学家之一。“IXPE的偏振X射线视觉解决了几个长期存在的谜团，这是最重要的谜团之一。在其他一些情况下，IXPE的结果挑战了公认的观点，揭开了新的谜团，但这就是科学的运作方式，当然，IXPE在科学方面做得很好。”
blazar研究的下一步是什么？
埃勒特说：“我们想做的一件事是尽可能多地找到这些。”。“Blazars会随着时间的推移而发生很大变化，充满了惊喜。”
关于IXPE
IXPE继续提供前所未有的数据，使人们能够对宇宙中的天体进行突破性的发现，这是美国国家航空航天局和意大利航天局与12个国家的合作伙伴和科学合作者的联合任务。IXPE由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国国家航空航天局马歇尔太空飞行中心领导。BAE系统股份有限公司总部位于弗吉尼亚州福尔斯彻奇，与科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室共同管理航天器运行。
