Blazars are the most extreme active galactic nuclei, possessing oppositely directed plasma jets emanating from accreting supermassive black holes at near-light speeds. The jets have been modelled as being propelled by magnetic fields twisted by differential rotation of the black hole's accretion disk or inertial-frame-dragging ergosphere. Until now, this general picture of jet formation, and the exact location of the outbursts, had not been verified. Marscher et al. now report high-resolution radio images and optical polarization measurements of the blazar BL Lacertae. The new measurements reveal a bright feature in the jet that causes a double flare of radiation from optical frequencies to TeV γ-ray energies. This suggests that the event begins in a region with a helical magnetic field, in line with model predictions. Sequences of high-resolution radio images and optical polarization measurements of the blazar BL Lacertae are reported. The data reveal a bright feature in the jet that causes a double flare of radiation from optical frequencies to TeV γ-ray energies. It is concluded that the event starts in a region with a helical magnetic field as envisaged by the theories. Blazars are the most extreme active galactic nuclei. They possess oppositely directed plasma jets emanating at near light speeds from accreting supermassive black holes. According to theoretical models, such jets are propelled by magnetic fields twisted by differential rotation of the black hole’s accretion disk or inertial-frame-dragging ergosphere1,2,3. The flow velocity increases outward along the jet in an acceleration and collimation zone containing a coiled magnetic field4,5. Detailed observations of outbursts of electromagnetic radiation, for which blazars are famous, can potentially probe the zone. It has hitherto not been possible to either specify the location of the outbursts or verify the general picture of jet formation. Here we report sequences of high-resolution radio images and optical polarization measurements of the blazar BL Lacertae. The data reveal a bright feature in the jet that causes a double flare of radiation from optical frequencies to TeV γ-ray energies, as well as a delayed outburst at radio wavelengths. We conclude that the event starts in a region with a helical magnetic field that we identify with the acceleration and collimation zone predicted by the theories. The feature brightens again when it crosses a standing shock wave corresponding to the bright ‘core’ seen on the images.

We present results from monitoring the multi-waveband flux, linear polarization, and parsec-scale structure of the quasar PKS 1510-089, concentrating on eight major gamma-ray flares that occurred during the interval 2009.0-2009.5. The gamma-ray peaks were essentially simultaneous with maxima at optical wavelengths, although the flux ratio of the two wavebands varied by an order of magnitude. The optical polarization vector rotated by 720 degrees during a 5-day period encompassing six of these flares. This culminated in a very bright, roughly 1 day, optical and gamma-ray flare as a bright knot of emission passed through the highest-intensity, stationary feature (the "core") seen in 43 GHz Very Long Baseline Array images. The knot continued to propagate down the jet at an apparent speed of 22c and emit strongly at gamma-ray energies as a months-long X-ray/radio outburst intensified. We interpret these events as the result of the knot following a spiral path through a mainly toroidal magnetic field pattern in the acceleration and collimation zone of the jet, after which it passes through a standing shock in the 43 GHz core and then continues downstream. In this picture, the rapid gamma-ray flares result from scattering of infrared seed photons from a relatively slow sheath of the jet as well as from optical synchrotron radiation in the faster spine. The 2006-2009.7 radio and X-ray flux variations are correlated at very high significance; we conclude that the X-rays are mainly from inverse Compton scattering of infrared seed photons by 20-40 MeV electrons.

We investigate constraints on cosmic reionization extracted from the Planck cosmic microwave background (CMB) data. We combine the Planck CMB anisotropy data in temperature with the low-multipole polarization data to fit ΛCDM models with various parameterizations of the reionization history. We obtain a Thomson optical depth τ = 0.058 ± 0.012 for the commonly adopted instantaneous reionization model. This confirms, with data solely from CMB anisotropies, the low value suggested by combining Planck 2015 results with other data sets, and also reduces the uncertainties. We reconstruct the history of the ionization fraction using either a symmetric or an asymmetric model for the transition between the neutral and ionized phases. To determine better constraints on the duration of the reionization process, we also make use of measurements of the amplitude of the kinetic Sunyaev-Zeldovich (kSZ) effect using additional information from the high-resolution Atacama Cosmology Telescope and South Pole Telescope experiments. The average redshift at which reionization occurs is found to lie between z = 7.8 and 8.8, depending on the model of reionization adopted. Using kSZ constraints and a redshift-symmetric reionization model, we find an upper limit to the width of the reionization period of Δz < 2.8. In all cases, we find that the Universe is ionized at less than the 10% level at redshifts above z ≃ 10. This suggests that an early onset of reionization is strongly disfavoured by the Planck data. We show that this result also reduces the tension between CMB-based analyses and constraints from other astrophysical sources.

This paper presents the large-scale polarized sky as seen by Planck HFI at 353 GHz, which is the most sensitive Planck channel for dust polarization. We construct and analyse large-scale maps of dust polarization fraction and polarization direction, while taking account of noise bias and possible systematic effects. We find that the maximum observed dust polarization fraction is high (pmax > 18%), in particular in some of the intermediate dust column density (AV < 1mag) regions. There is a systematic decrease in the dust polarization fraction with increasing dust column density, and we interpret the features of this correlation in light of both radiative grain alignment predictions and fluctuations in the magnetic field orientation. We also characterize the spatial structure of the polarization angle using the angle dispersion function and find that, in nearby fields at intermediate latitudes, the polarization angle is ordered over extended areas that are separated by filamentary structures, which appear as interfaces where the magnetic field sky projection rotates abruptly without apparent variations in the dust column density. The polarization fraction is found to be anti-correlated with the dispersion of the polarization angle, implying that the variations are likely due to fluctuations in the 3D magnetic field orientation along the line of sight sampling the diffuse interstellar medium.We also compare the dust emission with the polarized synchrotron emission measured with the Planck LFI, with low-frequency radio data, and with Faraday rotation measurements of extragalactic sources. The two polarized components are globally similar in structure along the plane and notably in the Fan and North Polar Spur regions. A detailed comparison of these three tracers shows, however, that dust and cosmic rays generally sample different parts of the line of sight and confirms that much of the variation observed in the Planck data is due to the 3D structure of the magnetic field.