Távoli galaxisok újonnan felfedezett populációjának, az úgynevezett ,,kis vörös pöttyöknek’’ (angolul Little Red Dots, LRD) rádiójellemzőit vizsgálták magyar kutatók. Mivel ezen objektumokat csupán a közelmúltban azonosították a James Webb-űrtávcső (JWST) méréseinek segítségével, pontos fizikai tulajdonságaik még nem ismertek teljes mértékben. A kutatás céljaként a szerzők égboltfelmérések archív adatainak felhasználásával vizsgálták, hogy az LRD-k bocsátanak-e ki rádiósugárzást, mint ahogyan az számos távoli galaxis vagy aktív galaxismag (active galactic nuclei, AGN) esetében ismert. A rádiótartományú megfigyelések kulcsfontosságúak, mert segítenek a csillagászoknak megérteni az érintett objektumok természetét – legyen szó csillagontó galaxisról, AGN-ről vagy valami egészen másról. A rádióhullámok áthatolnak a sűrű csillagközi porfelhőkön is, amelyek optikai távcsöveink elől eltakarhatják a galaxisok aktív magját.
A kis vörös pöttyök a nagy vöröseltolódású galaxisok egy titokzatos csoportja, amelyek a látható és az infravörös tartományban viszonylag kicsinek és vörösnek tűnnek. Ezek a távoli objektumok akár a galaxis- és galaxismag-fejlődés korai szakaszát is képviselhetik. Az elnevezés a JWST által készített képeken megfigyelhető jellegzetes megjelenésüket tükrözi: vörösebbnek tűnnek, és fizikai méretük alapján sokkal kisebbek, mint más, korábban azonosított távoli galaxisok.
Felfedezésük óta jelentős érdeklődés mutatkozott az LRD-jelenség mögött meghúzódó fizikai folyamatok megértése iránt. Vajon fiatal galaxisok lehetnek, amelyekben az átlagosnál sokkal nagyobb mértékben zajlik a csillagkeletkezés? Esetleg AGN-ek, és szupernagy tömegű fekete lyukakat rejtenek középpontjukban, amelyek anyagbegyűjtése során intenzív sugárzást bocsátanak ki a teljes elektromágneses tartományban? Vagy egészen más típusú fizikai folyamatok zajlanak bennük?
A tanulmány az LRD-k rádiójellemzőinek a szakirodalomban eddig eléggé elhanyagolt vizsgálatára összpontosított, annak felfedése érdekében, hogy megtudjuk, AGN-eket rejtenek-e, vagy esetleg olyan csillagvárosok lehetnek, amelyek kiemelkedő hatékonyságú csillagkeletkezéssel jellemezhetők. Az Univerzum történetének e korai szakaszában a rádiótartományú megfigyelések kulcsfontosságúak e lehetőségek megkülönböztetésében.
Az elemzés elvégzéséhez a szerzők összeállítottak egy 919 objektumot tartalmazó mintát, összegyűjtve a szakirodalomban addig ,,közkinccsé tett’’ LRD-ket. Első lépésként a rádiótartományban elvégzett két égboltfelmérés pontforrás-katalógusaiban keresték az LRD-khez tartozó rádiósugárzást: a FIRST (Faint Images of the Radio Sky at Twenty-centimeters) és a VLASS (Very Large Array Sky Survey) felmérések rendre 1,4 GHz-en és 3 GHz-en figyelték meg szinte a teljes északi égboltot. A tanulmány legfontosabb megállapításai a következők.
A legmeghökkentőbb eredmény az, hogy a felmérések érzékenységi határán belül a 919 LRD egyikénél sem volt megfigyelhető azonosítható rádiósugárzás. Ez azért meglepő, mert az ismert galaxisok, aktív galaxismagok 15%-a esetén detektáltak korábban 1 mJy erősségű vagy ennél fényesebb rádiókibocsátást, és még a legnagyobb vöröseltolódású, vagyis legtávolabbi AGN-ek hozzávetőleg 8%-a esetén is megfigyelhető volt hasonló mértékű rádiósugárzás. (A fluxussűrűség rádiócsillagászatban szokásos egysége, az 1 mJy a hétköznapokban használt SI-mértékegységekkel kifejezve 10-29 W/m2/Hz-nek felel meg.)
Mivel nem azonosítottak közvetlen rádióforrást az egyes LRD-k esetén, a kutatók a térképhalmozás módszerének alkalmazásával keresték az 1 mJy-nél is gyengébb rádióemissziót. A térképhalmozás alapelve, hogy nagyszámú rádiótérkép adatait ,,összeátlagolják’’. Ennek eredményeképpen az új kép zajszintje jelentősen csökken, arányosan az analízisbe bevont térképek számának négyzetgyökével. A zaj, vagyis a ,,háttér’’ jelentős csökkenésével az eredeti határfényességnél sokkal halványabb sugárzás is azonosíthatóvá válik. Számos korábbi kutatás rámutatott arra, hogy ez a módszer nagy hatékonysággal alkalmazható bármely hullámhossztartományban olyan gyenge jelek felfedésében, amelyek túl halványak lehetnek ahhoz, hogy egyedileg észleljék azokat, de mégis jellemzőek egy objektumtípus átlagos tulajdonságaira. A halmozási elemzés során olyan rádiótérképeket használtak fel, amelyek középpontja az LRD-k JWST által meghatározott pontos koordinátáival esett egybe. A ,,halmozott’’ térképek nem mutattak ki a megfigyelések zajszintjének háromszorosánál erősebb rádiósugárzást. A halmozás utáni térképek zajszintje az eredeti képek zajszintjének századrészére (0,010–0,018 mJy) csökkent, ami azt is jelenti, hogy ha az LRD-k bocsátanak is ki bármilyen mértékű rádiósugárzást, az jellemzően még ennél a küszöbértéknél is gyengébb lehet. Az eredmények tehát arra utalnak, hogy az LRD-k vagy rendkívül gyenge rádióforrások, vagy olyan AGN-ek, amelyekhez egyáltalán nem köthető rádiósugárzás.
Figyelemre méltó, hogy nem csupán közvetlen rádiósugárzás nem azonosítható az egyedi LRD-k esetén, de a halmozási eljárás sem volt elegendő a rejtőzködő aktivitás felfedésére a rádiótartományban. Összehasonlításul, más nagy vöröseltolódású, egyedileg rádiócsendesnek tűnő AGN-ek (aktív maggal rendelkező, de rádiótartományban nagyon halvány) galaxisok bevonásával végzett halmozási vizsgálatok 0,030 mJy körüli tipikus rádióemissziót mutattak ki. Mindebből az a következtetés vonható le, hogy az LRD-k rádiósugárzása, amennyiben létezik, még annál is lényegesen gyengébb, mint az eddig ismert távoli „rádiócsendes” AGN-ek esetén tapasztalt érték. Így az LRD-k a tipikus nagy vöröseltolódású AGN-ekhez képest egy még rádiócsendesebb populációt képviselhetnek. Alternatív magyarázat lehet, hogy az LRD-kben többféle folyamat zajlik le, és a bennük rejlő AGN-ek a rádiósugárzás szempontjából nem dominánsak. Más tényezők, például az aktív csillagkeletkezés, jelentősebb szerepet játszhatnak általános tulajdonságaik meghatározásában.
Bár nem mutatható ki sem közvetlen, sem közvetett (halmozási) módszerrel rádiósugárzás az LRD-k esetén, az észlelési határérték, vagyis a halmozott térképek zajszintje felhasználható a csillagkeletkezés hatékonyságának, vagyis a csillagkeletkezési rátának megbecslésére. Ennek értéke támpontot ad arra vonatkozóan, hogy egy galaxis milyen gyorsan hoz létre új csillagokat, ami befolyásolhatja a galaxis általános fejlődését. A rádiósugárzás és a csillagkeletkezési ráta közötti (egyik) ismert összefüggést felhasználva a kutatók azt találták, hogy az LRD-kben akár évi 350–650 naptömegnyi új csillag is létrejöhet. Ez hasonló ahhoz az értékhez, amit nagy vöröseltolódású csillagontó galaxisokban tapasztaltak. Mindez arra utal, hogy az LRD-k akár jelentős csillagkeletkezésen átmenő galaxisokat is képviselhetnek, még akkor is, ha nem bocsátanak ki (egyelőre) detektálható mértékű rádiósugárzást.
A kutatás az LRD-k rádiótulajdonságainak első szisztematikus vizsgálataként azt sugallja, hogy az LRD-k vagy teljesen rádiócsendek, vagy rendkívül gyengén sugároznak a rádiótartományban, összehasonlítva más nagy vöröseltolódású galaxisokkal, például az AGN-ekkel. A tanulmány ugyanakkor azt is hangsúlyozza, hogy a jelenlegi mintaméret kicsi, és a nagyobb felmérésekből származó több adat és a jövőben felfedezendő nagyszámú új LRD segítségével a következtetések pontosíthatók. A jövőben a csillagászok jobban megérthetik az LRD-k természetét, például nagyobb minták felhasználásával elvégzett halmozási analízisek segítségével, javítva a gyenge rádiósugárzás ,,detektálásának’’ esélyét. A minta növelése továbbá hozzájárulhat az LRD-k rádiótulajdonságai kozmológiai evolúciójának, vagyis a Univerzum korához viszonyított fejlődésének megértéséhez, valamint más típusú, nagy vöröseltolódású galaxisokkal való kapcsolatuk megismeréséhez. A tanulmány felveti annak lehetőségét is, hogy az LRD-k a fejlődésük korai szakaszában lévő galaxisok lehetnek, erős csillagkeletkezéssel és esetleg gyenge vagy alvó AGN-ekkel a középpontjukban. Alternatív megoldásként olyan egyedi galaxispopuláció is szóba jöhet, amely nem követi a többi nagy vöröseltolódású objektumban megfigyelt tipikus mintákat.
Összefoglalva, a rádiótartományú vizsgálatok alapján azt a következtetést vonhatjuk le, hogy az LRD-k valószínűleg rádiócsendes galaxisok, gyenge vagy egyáltalán nem észlelhető rádiósugárzó AGN-eket rejthetnek, miközben nagy hatékonysággal zajlik bennük a csillagkeletkezés. A továbbfejlesztett technikák és a bővülő adatok végül felfedhetik, hogy ezek az objektumok egyszerűen szokatlan AGN-ek, vagy a galaxisok egy egészen új osztályát képviselik, jellegzetes tulajdonságokkal.
A kutatásokat az NKFIH támogatta (OTKA K134213 és PD146947 projektek).
Forrás: Perger K., Fogasy J., Frey S., Gabányi K. É.: Deep silence: radio properties of little red dots.
A tanulmányt az Astronomy and Astrophysics folyóiratban fogadták el közlésre. A hivatalos megjelenésig az arXiv preprintszerveren érhető el: https://arxiv.org/abs/2411.19518
Kapcsolódó cikk: Itt a hivatalos eredmény: mégsem cáfolják a kozmológiai modelleket a James Webb által talált „kis vörös pontok” (2024. augusztus)
