Probing the -ray emission region and the connection to jet ejections in NRAO 150 with VLBI
Cette étude utilise des observations VLBI à 43 GHz multi-époques du blazar NRAO 150 pour démontrer que ses éruptions de rayons gamma sont liées temporellement à l'éjection de nouveaux composants de jet et sont produites en aval du cœur VLBI au sein d'une configuration de champ magnétique toroïdal.
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Au plus profond de l'univers, bien au-delà de notre propre galaxie, se trouvent les moteurs les plus énergétiques connus de la science : des trous noirs supermassifs qui se nourrissent activement de gaz et de poussière environnants. En consommant ce matériau, ils ne se contentent pas de l'engloutir tout entier ; au contraire, ils projettent de puissants faisceaux de particules et de lumière, les propulsant dans l'espace à des vitesses approchant celle de la lumière. Ces faisceaux, appelés jets relativistes, sont la source des radiations les plus intenses du cosmos. Lorsqu'un de ces jets est dirigé presque directement vers la Terre, l'objet apparaît comme un blazar, un phare brillant et scintillant qui surpasse l'éclat de galaxies entières. Comprendre comment ces jets naissent, comment ils se déplacent et ce qui alimente leur incroyable énergie est un puzzle central de l'astronomie moderne. Plus précisément, les scientifiques débattent depuis longtemps pour savoir où exactement la lumière de plus haute énergie, connue sous le nom de rayons gamma, est produite au sein de ces jets. Est-elle générée juste à côté du trou noir, ou cela se produit-il beaucoup plus loin, à des millions de kilomètres dans le flux cosmique ?
Une équipe d'astronomes a récemment porté son attention sur un blazar spécifique nommé NRAO 150 pour résoudre ce mystère. Situé à des milliards d'années-lumière, cet objet est particulièrement utile à l'étude car son jet est orienté presque parfaitement vers nous, rendant ses mouvements internes plus rapides et plus dramatiques qu'ils ne le seraient sous n'importe quel autre angle. Les chercheurs ont passé une décennie à recueillir des clichés à haute résolution de ce jet en utilisant un réseau de radiotélescopes répartis à travers le globe, créant ainsi un seul télescope de la taille de la Terre. En combinant ces images avec des données sur la luminosité de l'objet dans les ondes radio et les rayons gamma, ils ont pu suivre la naissance et le voyage de nœuds distincts de matière se déplaçant le long du jet. Leur travail révèle un lien étroit entre l'éjection de nouveau matériau et les sursauts de lumière de haute énergie, suggérant que les explosions les plus violentes dans le jet ne se produisent pas à la source, mais plus en aval.
L'étude s'est concentrée sur une période comprise entre 2010 et 2019, durant laquelle l'équipe a observé NRAO 150 à une fréquence de 43 gigahertz. Cette haute fréquence leur a permis de voir des détails aussi petits que quelques milliards de kilomètres, une échelle si vaste qu'une seule unité de mesure sur leur carte correspond à une distance de neuf parsecs. Au cours de ces années, ils ont observé l'évolution du jet, identifiant des points brillants spécifiques, ou composants, qui se sont formés près de la base et ont voyagé vers l'extérieur. Ils ont découvert que si certaines de ces structures se déplaçaient lentement, d'autres étaient éjectées avec une vitesse phénoménale. En 2014 et 2015, deux nouveaux composants, que l'équipe a nommés Q4 et Q5, ont été lancés depuis le cœur. Le moment de ces éjections était crucial. Les chercheurs ont comparé les dates auxquelles ces nouveaux nœuds sont apparus avec l'historique de l'activité en rayons gamma du blazar, lequel est enregistré par des télescopes spatiaux.
Les résultats ont montré un lien temporel frappant entre le lancement de nouveau matériau dans le jet et les éruptions de rayons gamma. Les données suggèrent que les éruptions de rayons gamma observées en 2014 étaient étroitement liées à l'éjection de ces nouveaux composants. Bien que la séquence exacte des événements comporte une certaine incertitude due aux limites de mesure, les preuves pointent vers un scénario où les rayons gamma ne sont pas produits à la base même du jet, près du trou noir lui-même. Au lieu de cela, l'émission de haute énergie semble provenir plus loin sur la ligne, là où le nouveau matériau éjecté interagit avec le flux environnant ou subit une accélération supplémentaire. Cette découverte soutient l'idée que les processus les plus énergétiques dans ces jets se produisent dans les régions étendues, à des millions de kilomètres du moteur central, plutôt que dans la proximité immédiate du trou noir.
Pour comprendre la physique derrière ces mouvements, l'équipe a également analysé la polarisation de la lumière, qui révèle l'orientation des champs magnétiques traversant le jet. Au cours des premières années de leurs observations, une lumière polarisée intense a été détectée près du cœur. Cependant, au fil du temps et à mesure que le jet évoluait, les signaux polarisés les plus forts se sont déplacés vers les régions en aval où voyageaient les nouveaux composants. L'orientation de cette lumière polarisée formait un motif en éventail, s'étendant à mesure qu'elle s'éloignait du centre. Cette géométrie spécifique fournit une preuve solide que le champ magnétique dans le jet interne est disposé en une forme d'anneau, ou toroïdale, s'enroulant autour du flux du jet comme une bobine. Une telle structure magnétique est probablement essentielle tant pour le lancement du jet que pour guider les particules qui produisent les rayons gamma.
L'étude conclut que l'activité violente observée dans NRAO 150 est un processus dynamique piloté par l'interaction entre le mouvement du jet et son champ magnétique. L'éjection de nouveau matériau semble déclencher ou coïncider avec la libération de rayons gamma de haute énergie, mais cela se produit à une certaine distance du trou noir, et non à la source. En cartographiant le mouvement de ces composants de jet et la structure des champs magnétiques qui les guident, les chercheurs ont fourni une image plus claire du fonctionnement de ces moteurs cosmiques. Leur travail souligne que les événements les plus extrêmes de l'univers sont souvent le résultat d'interactions complexes se produisant loin de la source d'énergie centrale, remodelant notre compréhension de la manière dont les trous noirs supermassifs influencent leur environnement.
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