با استفاده از تلسکوپ IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer)، اخترشناسان توانستند به یک سؤال طولانی مدت پاسخ دهند: اشعههای ایکس در جتهای سیاهچالههای فوقالعاده پرجرم از کجا میآیند؟ برای رسیدن به این پاسخ، IXPE نیاز داشت تا یک خوشه کهکشانی را بیش از ۶۰۰ ساعت در طول یک دوره ۶۰ روزه مشاهده کند.
خوشه پرسوئوس (Perseus Cluster) روشنترین خوشه کهکشانی قابل مشاهده در طیف اشعه ایکس است. مأموریت IXPE تمرکز خود را بر این خوشه کهکشانی گذاشت تا کشف کند که اشعههای ایکس در جتهای سیاهچالههای پرجرم دقیقاً از کجا منشأ میگیرند. این نخستین باری است که IXPE یک خوشه کهکشانی را مورد مشاهده قرار داده است و همچنین طولانیترین مشاهده این تلسکوپ از یک هدف واحد از زمان پرتاب آن محسوب میشود.
در مرکز خوشه پرسوئوس، کهکشانی فعال به نام 3C ۸۴ وجود دارد. این کهکشان به دلیل نزدیکی و درخشندگیاش، هدف معمول مطالعات اشعه ایکس محسوب میشود. در این مأموریت، قطبش (Polarization) اشعههای ایکس 3C ۸۴ اندازهگیری شد. اندازهگیریهای قطبش اطلاعات مهمی درباره جهتگیری و تراز اشعههای ایکس منتشر شده ارائه میدهند و به دانشمندان کمک میکنند تا فرآیندهای تولید این اشعهها را بهتر درک کنند.
دانشمندان پیشتر معتقد بودند که اشعههای ایکس از کهکشانهای فعال مانند 3C ۸۴ نتیجه فرآیندی به نام پراکندگی Compton معکوس (Inverse Compton scattering) است. در این فرآیند، فتونهای کمانرژی به دامنه انرژی بالاتر، مانند اشعه ایکس، تقویت میشوند. این اتفاق از طریق برخورد فتون و الکترون رخ میدهد. فتونهای کمانرژی در اینجا به عنوان فتونهای اولیه یا seed photons شناخته میشوند.
از این مطالعه، دانشمندان دو سناریو برای منشأ این فتونهای اولیه ارائه دادند.
سناریوی اول، Synchrotron self-Compton نام دارد که در آن، فتونهای اولیه از همان جتی منشأ میگیرند که تابش با انرژی بالاتر را تولید میکند. به عبارت دیگر، خود جت منبع فتونهای اولیه و انرژی بالا است.
سناریوی دوم، External Compton است، که در آن فتونهای اولیه از تابش پسزمینه خارج از جت منشأ میگیرند. در این حالت، انرژی بالاتر توسط فتونهای محیطی تقویت میشود و جت تنها نقش تقویتکننده را دارد.
با تحلیل دادههای موجود، اخترشناسان به این نتیجه رسیدند که سناریوی Synchrotron self-Compton احتمال بیشتری برای توضیح منشأ اشعههای ایکس در 3C ۸۴ دارد. این یافته نشان میدهد که خود جت سیاهچاله نه تنها تولیدکننده انرژی بالا، بلکه منبع اصلی فتونهای اولیه نیز هست.
برای رسیدن به این نتایج، دانشمندان مشاهدات IXPE را با دادههای دیگر تلسکوپها ترکیب کردند. این تلسکوپها شامل Chandra X-ray Observatory، Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) و Neil Gehrels Swift Observatory بودند. ترکیب دادهها از منابع مختلف به دانشمندان امکان داد تا اطلاعات دقیقتری درباره قطبش، انرژی و منشأ اشعههای ایکس به دست آورند.
نتایج این مطالعه در مجله معتبر Astrophysical Journal Letters منتشر شد و به عنوان یک گام مهم در فهم فرآیندهای پیچیده در جتهای سیاهچالههای پرجرم شناخته میشود. این کشف نه تنها به توضیح منشأ اشعههای ایکس کمک میکند، بلکه بینش جدیدی درباره فیزیک جتها و تعامل آنها با محیط اطرافشان ارائه میدهد.
مشاهده مستقیم قطبش اشعههای ایکس و تحلیل آن، به دانشمندان کمک میکند تا مدلهای تولید انرژی در سیاهچالههای پرجرم را بهبود دهند و فرآیندهایی که تا کنون تنها به طور نظری پیشبینی میشدند، به طور عملی بررسی شوند. این یافتهها میتوانند درک ما از سیاهچالهها، جتهای کیهانی و تعاملات آنها با محیط کهکشانی را به شکل چشمگیری گسترش دهند و مسیر تحقیقات آینده در اخترفیزیک را روشن کنند.
