Blazarer är aktiva galaktiska kärnor (AGN) med relativistiska jetstrålar vars icke-termiska strålning är extremt varierande på olika tidsskalor. Denna variabilitet verkar i första hand slumpmässig, även om vissa kvasi-periodiska svängningar (QPO), vilket innebär systematiska processer, har rapporterats i blazarer och andra AGN.
Efter sin prototyp, BL Lacertae, är BL Lac en typ av aktiv galaktisk kärna (AGN) eller en galax som hyser en sådan AGN. BL Lacs särskiljs från andra kategorier av aktiva galaktiska kärnor genom snabb flödesvariabilitet med stor amplitud och avsevärd optisk polarisation. Den drivs, som alla blazarer, av materia som faller in i en galax supermassiva svarta hål (SMBH).
Ett team av 86 forskare från 13 länder, inklusive Dr. Alok Chandra Gupta från Aryabhatta Research Institute of Observational Sciences (ARIES), Nainital, en autonom institution inom Institutionen för vetenskap och teknik (DST), Indiens regering, genomförde en omfattande optisk övervakning med hög upplösning av blazaren BL Lacertae (BL Lac). De såg överraskande snabba svängningar av ljusstyrka i strålen från en blazar under ett kraftigt utbrott med flera våglängder under andra halvan av 2020, som var rikt på gammastrålar. De har tillskrivit dessa cykler av ljusstyrkeförändringar som kallas kvasi-periodiska oscillationer (QPOs) till vridningar i magnetfältet i jetstrålen.
För att spåra dessa organiserades observationer med Whole Earth Blazar Telescope (WEBT) av Dr. Claudia M. Raiteri och Massimo Villata från INAF-Osservatorio Astrofisico di Torino, Italien, för att övervaka variabiliteten av synligt ljus i blazarer som är ljusa i gammastrålar. Optiska observationer från WEBT-samarbetet mellan astronomer, som arbetar tillsammans med 37 markbaserade teleskop runt om i världen, fann cykler av synliga ljusstyrkaförändringar så snabbt som cirka 13 timmar i en stråle av högenergipartiklar av BL Lac — en blazar som drivs av en svart hål som ligger ungefär 1 miljard ljusår bort.
Dr Svetlana Jorstad från Boston University, som ledde teamet av astronomer som deltog i studien publicerad i Nature, sa: "Ljusstyrkans cykler som kallas kvasi-periodiska oscillationer (QPOs) ses oftare i andra system som kallas röntgensvarta håls binärer, som har svarta hål med mindre massor på 10 – 50 M och förklaras i allmänhet av klumpar av het gas i skivan av ansamlande material som kretsar kring det svarta hålet.”
"Men i fallet med BL Lac är ljuset polariserat, vilket inte är fallet för utsläpp från het gas i skivan, så att tolka sådant beteende är svårt."
Prof. Alan Marscher från Boston University, expert på blazarforskning och medförfattare till studien, sa: "Det bildas en knäck i strålen som vrider magnetfältet på ett sådant sätt att det får ljusstyrkan att svänga. Dessutom ändras polarisationen med en liknande tidsskala som ljusstyrkan. Sådant polariserat ljus kommer från strålen, och polarisationen kan bara variera om magnetfältet ändras i det ljusproducerande området. Det magnetiska fältet i strålen måste vrida sig för att orsaka svängningarna."
"Observationerna av BL Lac visar en stark korrelation mellan synligt ljus och gammastrålningsvariationer utan någon fördröjning, vilket placerar gammastrålar i området där det synliga ljuset förändras."
Tidskriftsreferens:
- Jorstad, SG, Marscher, AP, Raiteri, CM et al. Snabba kvasi-periodiska svängningar i den relativistiska strålen av BL Lacertae. Natur 609, 265–268 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05038-9
