Οι φλογαστέρες (blazars) συγκαταλέγονται ανάμεσα στα φωτεινότερα αντικείμενα στον ουρανό. Αποτελούνται από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που «καταπίνει» υλικό το οποίο στροβιλίζεται γύρω της σε έναν δίσκο, εκτοξεύοντας δύο ισχυρούς πίδακες κάθετους στο δίσκο, έναν σε κάθε πλευρά. Μέσα στον πίδακα, σωμάτια που κινούνται με «αστρονομικές» ταχύτητες, σχεδόν ίσες με αυτήν του φωτός, εκπέμπουν εκτυφλωτικό φως. Για δεκαετίες, ένα βασικό ερώτημα ταλανίζει τους επιστήμονες: “Πώς επιταχύνονται τα σωματίδια στους πίδακες σε τόσο υψηλές ενέργειες;”
Ο δορυφόρος Imaging X-Ray Polarimetry Explorer (IXPE), που εκτοξεύτηκε πρόσφατα, βοήθησε τους αστρονόμους να έρθουν πιο κοντά από ποτέ σε μια απάντηση. Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature διαπιστώνει ότι η καλύτερη εξήγηση για την επιτάχυνση των σωματιδίων φαίνεται να είναι ένα ωστικό κύμα μέσα στον πίδακα. Ένα ωστικό κύμα δημιουργείται όταν κάτι κινείται ταχύτερα από την ταχύτητα του ήχου του περιβάλλοντος υλικού, όπως όταν ένα υπερηχητικό μαχητικό αεροσκάφος σχίζει την ατμόσφαιρα. Η μελέτη συντάχθηκε από μεγάλη διεθνή κοινοπραξία, και συμπεριλαμβάνει πολύ σημαντική συμβολή από αστρονόμους και αποφοίτους του Ινστιτούτου Αστροφυσικής του ΙΤΕ και του Πανεπιστημίου Κρήτης, καθώς και δεδομένα από το Αστεροσκοπείο του Σκίνακα.
O δορυφόρος IXPE εκτοξεύτηκε στις 9 Δεκεμβρίου 2021, και αποτελεί μια συνεργασία μεταξύ της NASA και της Ιταλικής Διαστημικής Υπηρεσίας. Ο IXPE παρέχει ένα είδος δεδομένων που δεν ήταν ποτέ ξανά προσβάσιμα από το διάστημα: την πόλωση των ακτίνων Χ – πράγμα που σημαίνει ότι ο IXPE ανιχνεύει τη μέση κατεύθυνση και την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που αποτελούν τις ακτίνες Χ, πληροφορίες που δεν είναι εφικτό να συλλέξουν τηλεσκόπια που βρίσκονται στη Γη, επειδή η ατμόσφαιρα απορροφά τις ακτίνες Χ που μας έρχονται από το διάστημα.
Η νέα μελέτη χρησιμοποίησε τον IXPE για να παρατηρήσει τον φλογαστέρα Markarian 501. Η μητρική μαύρη τρύπα του Markarian 501 βρίσκεται στο κέντρο ενός μεγάλου ελλειπτικού γαλαξία στον αστερισμό του Ηρακλή. Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν και άλλα τηλεσκόπια στο διάστημα και στο έδαφος για να συλλέξουν πληροφορίες για τον φλογαστέρα σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος φωτός, συμπεριλαμβανομένων των ραδιοκυμάτων, του οπτικού φάσματος, και των ακτίνων Χ.
«Καταφέραμε να λύσουμε ένα μυστήριο 40 ετών», είπε ο Γιάννης Λιοδάκης, επικεφαλής της ομάδας συγγραφής και αστρονόμος στο FINCA, το Φινλανδικό Κέντρο Αστρονομίας με την ESO. «Συλλέξαμε τελικά όλα τα κομμάτια του παζλ, και η εικόνα που συνθέτουν είναι ξεκάθαρη». Ο Λιοδάκης, με καταγωγή από την Κρήτη, έλαβε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο Κρήτης το 2017 και έχει λάβει τόσο εθνικά όσο και διεθνή βραβεία για το έργο του στο Αστεροσκοπείο Σκίνακα και στο εξωτερικό. Συ-συγγραφείς της μελέτης είναι η Τζίνα Πανοπούλου, επίσης πολυβραβευμένη διδάκτορας του Πανεπιστημίου Κρήτης και του Αστεροσκοπείου Σκίνακα, καθηγήτρια, σήμερα, στο Πανεπιστήμιο Chalmers στη Σουηδία, και η Carolina Casadio, Ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής του ΙΤΕ και βραβευμένη με εξαιρετικά ανταγωνιστική επιχορήγηση από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC), η οποία ήταν και επικεφαλής των παρατηρήσεων του Markarian 501 στα ραδιοκύματα.
Οι επιστήμονες θα συνεχίσουν να παρατηρούν τον Markarian 501 για να δουν αν η πόλωση αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Ο IXPE θα διερευνήσει επίσης μια ευρύτερη συλλογή από φλογαστέρες κατά τη διάρκεια της διετούς πρωταρχικής αποστολής του, εξερευνώντας ακόμη περισσότερα μυστήρια του σύμπαντος.
Εργασία: Η εργασία με τίτλο «Polarized Blazar X-rays imply particle acceleration in shocks» είναι διαθέσιμη στο : https://www.nature.com/articles/s41586-022-05338-0
Το διαστημόπλοιο IXPE (δεξιά) παρατηρεί τον φλογαστέρα Markarian 501, στα αριστερά. Ο φλογαστέρας είναι μια μαύρη τρύπα που περιβάλλεται από έναν δίσκο αερίου και σκόνης, και εκτοξεύει έναν φωτεινό πίδακα σωματιδίων υψηλής ενέργειας στραμμένο προς τη Γη. Η ένθετη εικόνα απεικονίζει σωματίδια υψηλής ενέργειας στον πίδακα (μπλε χρώμα). Όταν τα σωματίδια φτάσουν το ωστικό κύμα, που απεικονίζεται με λευκό χρώμα, αυτά επιταχύνονται και εκπέμπουν ακτίνες Χ. Όσο απομακρύνονται από το ωστικό κύμα που τα επιταχύνει, τόσο ελαττώνεται η ενέργεια του φωτός που εκπέμπουν: πρώτα ορατό, μετά υπέρυθρο και τέλος ραδιοκύματα. Μακριά από το ωστικό κύμα, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι πιο χαοτικές, προκαλώντας περισσότερες αναταράξεις στη ροή των σωματιδίων.
