Во Вселенной основной материал сконцентрирован в галактиках с сотнями миллиардов звезд: в Млечном пути их насчитывается около 200–400. В центре галактик находятся сверхмассивные черные дыры, чья масса колеблется от миллионов до миллиардов масс Солнца. Вокруг черных дыр находится большое количество звезд, газа и пыли, которые, оказываясь слишком близко к черной дыре, «падают» в нее. Однако черная дыра не может поглотить это полностью и выбрасывает часть вещества в межгалактическое пространство в виде экстремально быстрых струй плазмы — так называемых джетов.
Наиболее удобными объектами для изучения этого явления считаются блазары — активные ядра галактик с очень большой светимостью, чей поток плазмы (джет) направлен в сторону Земли под углом не более 15 градусов. Такие объекты являются основными источниками космического гамма-излучения, природа и свойства которого не до конца исследованы. Кроме того, блазары озадачивают астрономов и другими явлениями, в числе которых вращение плоскости поляризации.
Плоскость поляризации волны — это плоскость, в которой вектор (например, электрический) колеблется, изменяется. На рисунке ниже голубым показаны колебания электрического вектора, а красным — плоскость поляризации.
Свет, который мы видим в природе, как правило, состоит из множества таких волн, направленных в разные стороны, в этом случае ориентация плоскости поляризации случайна (на рисунке слева). Полностью поляризованный свет (на рисунке справа) распространяется с колебаниями электрического вектора только в одной плоскости — такое явление можно наблюдать в некоторых лазерах. Однако физические процессы в основном создают частично поляризованный свет, когда электромагнитные волны в пучке света чаще колеблются вдоль одного из направлений. Так, на рисунке посередине показаны электромагнитные волны в пучке частично поляризованного света, направленного в сторону читателя. Именно такой свет наблюдают ученые, исследуя блазары: для этого они изучают активные ядра галактик через телескоп со специальным поляризационным фильтром, похожим на солнцезащитные очки, которые пропускают колебания только в одной плоскости.
Десятилетия наблюдений показали, что плоскость поляризации видимого света у блазаров иногда вращается. Ученые выдвигали несколько гипотез, которые могли бы описывать механизм подобных вращений, но ни одна из них не имела достаточных доказательств. Исследовательская группа лаборатории наблюдательной астрофизики СПбГУ обратила внимание на одну из теоретических моделей, которая была предложена еще в 2010 году в научной статье, где также принимали участие сотрудники СПбГУ. В ней рассматривалось вращение плоскости поляризации и было предсказано, что такие вращения должны совпадать с повторяющимися вспышками гамма-излучения.