Des scientifiques testent une théorie controversée des émissions de Blazar

Des chercheurs de Penn State ont récemment caractérisé plus d’une centaine de blazars – des galaxies dynamiques lointaines hébergeant un supermassif central

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>trounoir[{“attribute=””>blackhole qui propulse des jets puissants – à partir d’un catalogue d’émissions cosmiques à haute énergie précédemment non classées. Les blazars nouvellement reconnus, qui sont faibles par rapport à la plupart de leurs homologues, ont donné aux scientifiques une chance de tester une théorie controversée concernant les émissions de blazar. Ces nouvelles connaissances contribuent à notre compréhension de l’expansion des trous noirs et ont même un impact sur nos théories sur la relativité générale et la physique des particules à haute énergie.

Un article décrivant les blazars et la théorie a été récemment publié dans le

Les trous noirs supermassifs peuvent représenter des millions ou des milliards de fois la masse de notre soleil. Dans certains cas, la matière en dehors de l’horizon des événements du trou noir est propulsée dans un jet, accélérant presque à la vitesse de la lumière et envoyant des émissions à travers l’univers. Lorsque le jet est dirigé directement vers la Terre, le système est généralement appelé un blazar.

“Parce que le jet d’un blazar est pointé directement sur nous, nous pouvons les voir de beaucoup plus loin que les autres systèmes de trous noirs, de la même manière qu’une lampe de poche apparaît plus brillante lorsque vous la regardez directement”, a déclaré Stephen Kerby, diplômé. étudiant en astronomie et astrophysique à Penn State et premier auteur de l’article. «Les Blazars sont passionnants à étudier car leurs propriétés nous permettent de répondre aux questions sur les trous noirs supermassifs dans tout l’univers. Dans cette étude, nous avons utilisé des méthodes relativement nouvelles pour caractériser 106 dim blazars et tester les prédictions d’une théorie controversée appelée “séquence blazar”.

Les blazars émettent de la lumière sur tout le spectre électromagnétique, des longueurs d’onde à faible énergie telles que la radio, l’infrarouge et la lumière visible, jusqu’aux longueurs d’onde à plus haute énergie comme les rayons X et les rayons gamma. Lorsque les astronomes étudient les observations de ces émissions, ils voient généralement deux larges pics, l’un dans les rayons gamma et l’autre à des longueurs d’onde de plus faible énergie. Les longueurs d’onde et l’intensité de ces pics varient d’un blazar à l’autre et avec le temps. Une théorie globale des blazars définie par la “séquence de blazars” prédit que le pic d’énergie inférieure pour les blazars plus brillants sera, en moyenne, plus rouge – énergie inférieure – que celui des blazars plus sombres, tandis que le pic d’énergie plus faible pour les blazars sombres sera plus bleu – énergie plus élevée.

“Certains des blazars les plus excitants et les plus extrêmes sont découverts en détectant leur émission de rayons gamma, mais nous ne pouvons généralement pas classer ou comprendre ces objets sans d’autres observations à plusieurs longueurs d’onde”, a déclaré Abe Falcone, professeur de recherche en astronomie et astrophysique et responsable de un groupe d’astrophysique des hautes énergies à Penn State. “Avec nos télescopes actuellement en fonctionnement, il est en fait très difficile de détecter et de classer les blazars à faible énergie – rouges – qui sont également faibles, alors qu’il est beaucoup plus facile de trouver ces blazars lorsque leurs pics sont à des énergies plus élevées ou lorsqu’ils sont brillants. . Ainsi, avec cette recherche, nous minimisons un biais de sélection et explorons la séquence blazar en approfondissant les luminosités inférieures des blazars à faible énergie et à haute énergie.

Les chercheurs, aux côtés d’Amanpreet Kaur – professeur agrégé de recherche en astronomie et astrophysique à Penn State au moment de la recherche – ont précédemment identifié des blazars potentiels à partir d’un catalogue de sources de rayons gamma détectées par le Fermi Large Area Telescope, dont beaucoup n’avaient pas encore ont été associés à des émissions à faible consommation d’énergie qui peuvent provenir de la même source. Pour chacun des blazars, les chercheurs ont ensuite identifié ces émissions homologues en rayons X, UV et optiques – détectées par l’observatoire Neil Gehrels Swift, dont le centre d’opérations de mission est situé à Penn State – et en émissions infrarouges et radio à partir de données d’archives. . Le recoupement des informations a finalement permis aux chercheurs de caractériser les spectres de 106 nouveaux blazars sombres.

“Les observations du télescope Swift nous ont permis de localiser les positions de ces blazars avec beaucoup plus de précision qu’avec les seules données de Fermi”, a déclaré Kerby. “Le regroupement de toutes ces données d’émission, combinées à deux nouvelles approches techniques, nous a aidés à identifier où dans le spectre électromagnétique le pic de basse énergie se produit pour chacun des blazars, ce qui, par exemple, peut fournir des informations sur la force du champ magnétique du jet. champ, à quelle vitesse les particules chargées se déplacent et d’autres informations.

Pour identifier où ce pic s’est produit pour les dim blazars, les chercheurs ont utilisé

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>apprentissageautomatique[{“attribute=””>machinelearning et les approches d’adaptation physique directe, chacune d’entre elles, selon Kerby, présentant des avantages et des inconvénients. L’approche d’apprentissage automatique filtre les émissions qui pourraient en fait être du bruit, comme la poussière dans la galaxie ou la lumière d’autres étoiles. L’approche d’ajustement physique direct ne filtre pas le bruit et est considérablement plus difficile à utiliser, mais fournit des propriétés plus détaillées du jet blazar.

“Pour les deux approches, les émissions de notre échantillon de dim blazars culminent généralement dans la lumière bleue à plus haute énergie, bien que l’approche d’ajustement produise des valeurs moins extrêmes”, a déclaré Kerby. “Ceci est en accord avec la séquence blazar et étend ce que nous savons de ce modèle. Cependant, il existe encore un millier de sources non associées à Fermi pour lesquelles nous n’avons trouvé aucune contrepartie aux rayons X, et c’est une hypothèse assez sûre que beaucoup de ces sources sont également des blazars qui sont tout simplement trop faibles dans les rayons X pour que nous puissions les détecter. Nous pouvons utiliser les leçons que nous avons apprises ici sur la forme des spectres de ces blazars pour faire des prédictions sur les blazars qui sont encore trop sombres pour que nous puissions les détecter, ce qui testerait davantage la séquence blazar.

Le catalogue des nouveaux blazars est disponible pour que d’autres astronomes l’étudient en détail.

“Il est important de toujours travailler pour étendre nos ensembles de données pour atteindre des sources de gradateurs et de gradateurs, car cela rend nos théories plus complètes et moins sujettes aux échecs dus à des biais inattendus”, a déclaré Kerby. “Je suis ravi que de nouveaux télescopes sondent des blazars encore plus sombres à l’avenir.”

Selon les chercheurs, l’étude des trous noirs supermassifs fournit également un moyen unique de comprendre les théories physiques de l’univers.

“Les trous noirs supermassifs et leur environnement sont des laboratoires cosmiques bien plus énergétiques que tout ce que nous pouvons produire dans les accélérateurs de particules sur Terre”, a déclaré Falcone. « Ils nous offrent la possibilité d’étudier les théories de la relativité, de mieux comprendre le comportement des particules à haute énergie, d’étudier les sources potentielles de rayons cosmiques qui arrivent ici sur Terre et d’étudier l’évolution et la formation des trous noirs supermassifs et de leurs jets. ”

Référence : “Testing the Blazar Sequence with Spectra of Recent Discovered Dim Blazars from the Fermi Unassociated Catalog” par Stephen Kerby et Abraham D. Falcone, 10 juillet 2023, Le Journal Astrophysique.
DOI : 10.3847/1538-4357/acd4c0

L’étude a été financée par

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribut=””>NASA[{“attribute=””>NASA.