I ricercatori dell'Università di San Pietroburgo hanno analizzato i dati dei telescopi ottici che coprono più di otto anni e sono riusciti a spiegare il meccanismo delle rotazioni del piano di polarizzazione nei blazar.

Dmitry Blinov è coautore dell'articolo e Senior Research Associate presso il Dipartimento di Astrofisica, Università di San Pietroburgo. Egli osserva che i ricercatori hanno studiato la polarizzazione ottica dei nuclei galattici attivi per più di 50 anni. Alcuni dei primi articoli accademici su questo argomento sono stati pubblicati negli anni '60 da Vladimir Hagen-Thorn, Professore presso il Dipartimento di Astrofisica, Università di San Pietroburgo, e Viktor Dombrovskiy, Professore Associato presso il Dipartimento di Astrofisica, Università statale di Leningrado.

Nell'universo, il materiale principale è concentrato in galassie con centinaia di miliardi di stelle; ce ne sono circa 200-400 nella Via Lattea. Al centro delle galassie ci sono buchi neri supermassicci, la cui massa varia da milioni a miliardi di quelle del Sole. Intorno ai buchi neri c'è un gran numero di stelle, gas e polvere, quale, essere troppo vicino al buco nero, "caderci" dentro. Però, un buco nero non può ingerirli completamente e lancia parte della materia nello spazio intergalattico sotto forma di getti di plasma estremamente veloci.

I migliori oggetti per studiare questo fenomeno sono i blazar. Sono nuclei galattici attivi ad altissima luminosità, il cui flusso di plasma (getto) è diretto verso la Terra con un angolo non superiore a 15 gradi. Tali oggetti sono le principali fonti di raggi gamma cosmici, la cui natura e le cui proprietà sono poco studiate. Inoltre, blazar sconcertano gli astronomi producendo altri fenomeni, compresa la rotazione del piano di polarizzazione.

Il piano di polarizzazione di un'onda è il piano in cui un vettore (ad esempio, il vettore del campo elettrico) oscilla e cambia. Nella figura in foto, le oscillazioni del vettore elettrico sono in blu; il piano di polarizzazione è in rosso.

La luce che vediamo in natura, di regola, consiste di molte di queste onde dirette in direzioni diverse. In questo caso, l'orientamento della polarizzazione è casuale (nell'immagine sotto nella figura a sinistra). La luce completamente polarizzata (nella figura a destra) si propaga con le oscillazioni del vettore elettrico in un solo piano. Tale fenomeno può essere osservato in alcuni laser. Però, i processi fisici creano principalmente luce parzialmente polarizzata, mentre le onde elettromagnetiche in un raggio di luce oscillano spesso lungo una delle direzioni. Per esempio, la figura al centro mostra le onde elettromagnetiche in un fascio di luce parzialmente polarizzata diretta verso il lettore. È questo tipo di luce che gli scienziati osservano quando studiano i blazar. Per questo scopo, studiano i nuclei galattici attivi attraverso un telescopio con uno speciale filtro polarizzatore, simile agli occhiali da sole, che trasmette oscillazioni solo su un piano.

Decenni di osservazioni hanno testimoniato che il piano di polarizzazione della luce visibile nei blazar a volte ruota. Gli scienziati hanno avanzato diverse ipotesi che potrebbero descrivere il meccanismo di tali rotazioni, ma nessuno di loro ha avuto prove sufficienti. Il gruppo di ricerca del Laboratorio di Astrofisica Osservativa dell'Università di San Pietroburgo ha richiamato l'attenzione su uno dei modelli teorici. È stato proposto nel 2010 in un documento accademico. Allo studio hanno preso parte anche ricercatori dell'Università di San Pietroburgo. Ha considerato una rotazione del piano di polarizzazione e ha previsto che tali rotazioni dovrebbero coincidere con ripetuti lampi di raggi gamma.

Il gruppo di ricerca dell'Università di San Pietroburgo ha testato questa ipotesi in collaborazione con scienziati del Boston University Institute for Astrophysical Research, l'Istituto Max Planck per la radioastronomia; e altri istituti di ricerca. Hanno analizzato i dati disponibili pubblicamente da:il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi, che aveva osservato uno dei blazar più attivi 3C 279; l'Osservatorio dell'Università di San Pietroburgo; l'Osservatorio Astrofisico di Crimea; il telescopio Perkins; e altri.

"Abbiamo confrontato i risultati di numerose osservazioni della polarizzazione dell'emissione ottica del blazar 3C 279 con i dati aperti del telescopio spaziale a raggi gamma Fermi. Dal 2008 scansiona regolarmente l'intero cielo e mostra la distribuzione del flusso di raggi gamma. Noi sono riusciti a trovare uno schema di esplosioni in questo blazar, che si è ripetuto almeno tre volte insieme alle rotazioni della polarizzazione ottica. Ciò conferma il modello precedentemente proposto che spiega le rotazioni di polarizzazione, "dice Dmitry Blinov.

Inoltre, sulla base dei dati ottenuti, i ricercatori sono riusciti a descrivere la struttura della parte interna dei getti. Si è riscontrato che la colonna vertebrale veloce, il centro del getto, è circondato da una guaina più lenta, che consiste in condensazioni ad anello. Quando un plasmoide si muove lungo la spina dorsale del getto ad alta velocità, diffonde fotoni a bassa energia dalla guaina alle energie della banda dei raggi gamma. Questo provoca le esplosioni che gli scienziati hanno osservato. Poiché le strutture anulari della guaina sono rimaste stabili negli anni di osservazioni, tali esplosioni si sono ripetute più volte.

I risultati della ricerca sono diventati la base per l'animazione 3D, che dà un'idea dei processi che avvengono nelle parti interne dei nuclei galattici attivi. Secondo Dmitry Blinov, nel futuro, modelli simili di burst nella banda gamma potrebbero aiutare a chiarire altri problemi. Per esempio, secondo una delle ipotesi, sono getti con spine veloci e guaine lente che possono produrre particelle cosmiche fondamentali:i neutrini. Schemi ripetuti di esplosioni potrebbero indicare blazar che emettono neutrini cosmici.