Pesquisadores da Universidade de São Petersburgo analisaram dados de telescópios ópticos cobrindo mais de oito anos e conseguiram explicar o mecanismo de rotação do plano de polarização em blazares.

Dmitry Blinov é co-autor do artigo e Pesquisador Associado Sênior do Departamento de Astrofísica, Universidade de São Petersburgo. Ele observa que os pesquisadores têm estudado a polarização óptica de núcleos galácticos ativos por mais de 50 anos. Alguns dos primeiros trabalhos acadêmicos sobre este tópico foram publicados na década de 1960 por Vladimir Hagen-Thorn, Professor do Departamento de Astrofísica, Universidade de São Petersburgo, e Viktor Dombrovskiy, Professor Associado do Departamento de Astrofísica, Universidade Estadual de Leningrado.

No universo, o material principal está concentrado em galáxias com centenas de bilhões de estrelas; existem cerca de 200-400 deles na Via Láctea. No centro das galáxias existem buracos negros supermassivos, cuja massa varia de milhões a bilhões daquelas do sol. Em torno dos buracos negros, há um grande número de estrelas, gás e poeira, que, estando muito perto do buraco negro, "cair" nele. Contudo, um buraco negro não pode ingeri-los completamente e lança parte da matéria no espaço intergaláctico na forma de jatos de plasma extremamente rápidos.

Os melhores objetos para estudar esse fenômeno são os blazares. Eles são núcleos galácticos ativos com luminosidade muito alta, cujo fluxo de plasma (jato) é direcionado para a Terra em um ângulo não superior a 15 graus. Esses objetos são as principais fontes de raios gama cósmicos, cuja natureza e propriedades são pouco estudadas. Adicionalmente, os blazares confundem os astrônomos ao produzir outros fenômenos, incluindo a rotação do plano de polarização.

O plano de polarização de uma onda é o plano em que um vetor (por exemplo, o vetor do campo elétrico) oscila e muda. Na figura retratada, as oscilações do vetor elétrico estão em azul; o plano de polarização está em vermelho.

A luz que vemos na natureza, como uma regra, consiste em muitas dessas ondas dirigidas em diferentes direções. Nesse caso, a orientação da polarização é aleatória (na imagem abaixo na figura à esquerda). A luz totalmente polarizada (na figura à direita) se propaga com as oscilações do vetor elétrico em apenas um plano. Esse fenômeno pode ser observado em alguns lasers. Contudo, processos físicos criam principalmente luz parcialmente polarizada, enquanto as ondas eletromagnéticas em um feixe de luz freqüentemente oscilam ao longo de uma das direções. Por exemplo, a figura do meio mostra ondas eletromagnéticas em um feixe de luz parcialmente polarizada direcionado ao leitor. É esse tipo de luz que os cientistas observam ao estudar blazares. Para este propósito, eles estudam núcleos galácticos ativos através de um telescópio com um filtro especial de polarização, semelhantes aos óculos de sol, que transmite oscilações apenas em um plano.

Décadas de observações testemunharam que o plano de polarização da luz visível nos blazares às vezes gira. Os cientistas apresentaram várias hipóteses que poderiam descrever o mecanismo de tais rotações, mas nenhum deles teve provas suficientes. O grupo de pesquisa do Laboratório de Astrofísica Observacional da Universidade de São Petersburgo chamou a atenção para um dos modelos teóricos. Foi proposto em 2010 em um artigo acadêmico. Pesquisadores da Universidade de São Petersburgo também participaram desse estudo. Ele considerou uma rotação do plano de polarização e previu que tais rotações deveriam coincidir com repetidas explosões de raios gama.

O grupo de pesquisa da Universidade de São Petersburgo testou essa hipótese em colaboração com cientistas do Instituto de Pesquisa Astrofísica da Universidade de Boston, o Instituto Max Planck de Radioastronomia; e outras instituições de pesquisa. Eles analisaram dados disponíveis publicamente de:o Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray, que havia observado um dos blazares mais ativos 3C 279; o Observatório da Universidade de São Petersburgo; o Observatório Astrofísico da Crimeia; o telescópio Perkins; e outros.

"Nós comparamos os resultados de numerosas observações da polarização da emissão óptica do blazar 3C 279 com dados abertos do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray. Ele tem varrido regularmente todo o céu desde 2008 e mostrando a distribuição do fluxo de raios gama. conseguiram encontrar um padrão de rajadas neste blazar, que se repetiu pelo menos três vezes junto com as rotações da polarização óptica. Isso confirma o modelo proposto anteriormente explicando as rotações de polarização, "diz Dmitry Blinov.

Adicionalmente, com base nos dados obtidos, os pesquisadores conseguiram descrever a estrutura da parte interna dos jatos. Verifica-se que a espinha rápida, o centro do jato, é cercado por uma bainha mais lenta, que consiste em condensações de anel. Quando um plasmóide se move ao longo da espinha do jato em alta velocidade, ele espalha fótons de baixa energia da bainha para energias da banda de raios gama. Isso causa as explosões que os cientistas observaram. Uma vez que as estruturas em forma de anel da bainha têm permanecido estáveis ​​ao longo dos anos de observações, tais rajadas se repetiram várias vezes.

Os resultados da pesquisa se tornaram a base para a animação 3D, que dá uma ideia dos processos que ocorrem nas partes internas dos núcleos galácticos ativos. De acordo com Dmitry Blinov, no futuro, padrões semelhantes de bursts na banda gama podem ajudar a esclarecer outras questões. Por exemplo, de acordo com uma das hipóteses, são jatos com espinhos rápidos e bainhas lentas que podem produzir partículas cósmicas fundamentais - neutrinos. Padrões repetidos de explosões podem indicar blazares que emitem neutrinos cósmicos.