Pillantás a legtávolabbi ismert blazár belsejébe

3724

A kvazárok az aktív galaxismagok egy csoportját alkotják. Bennük egy akár több milliárd naptömegnyi fekete lyuk anyagot fog be a környezetéből. A jelenség nyomán a kvazárok az elektromágneses színkép szinte minden tartományában hatalmas teljesítménnyel sugároznak. Olyannyira, hogy a világegyetem történetének hajnaláról is meg tudunk figyelni ilyen különleges objektumokat. Már a puszta létezésük is izgalmas, és eddig megnyugtatóan meg nem válaszolt kérdéseket vet fel. Például hogy kevesebb mint egymilliárd évvel az univerzum keletkezése után hogyan gyűlhetett össze olyan óriási tömeg egy-egy fekete lyukban, vagy hogy az aktív galaxismagok működése miképp befolyásolta a galaxisok kialakulását és fejlődését, amelyeknek a közepén a szupernagy tömegű fekete lyukak helyet foglalnak.

A kvazárok egy kis hányada – mintegy egytizede – erős rádióforrás. A rádiósugárzás a fekete lyuk környezetéből, a fényéhez közeli sebességre felgyorsított töltött részecskékből ered, amelyek az ottani erős mágneses térben kifelé spirálozva hagyják el a galaxis magját. Ezek a relativisztikus plazmanyalábok sok esetben a galaxis közepétől igen messze, jóval a látható galaxis határain túl is megfigyelhetők. A távoli univerzumban is ismerünk rádiósugárzó kvazárokat. Közülük is különösen azokat tudjuk jól megfigyelni, amelyeknek a plazmanyalábja többé-kevésbé pontosan felénk irányul, hiszen ilyenkor jócskán felfényesednek. Ezeket szokás blazároknak is nevezni.

Fantáziarajz egy rádiósugárzó aktív galaxismagról. A blazárok esetében a központi fekete lyuk közeléből a tér két átellenes irányába kiinduló plazmanyalábok egyike szinte pontosan felénk mutat, így sugárzása jelentősen felerősödik. (SHAO)

A jelenleg ismert legtávolabbi blazár a J0906+6930, színképvonalainak vöröseltolódása 5,47. Ez annyit tesz, hogy sugárzása majdnem 13 milliárd éve utazik felénk, abból a korból küldve információt, amikor az ősrobbanás óta még csak 1 milliárd év telt el. Ezt a különleges objektumot figyelte meg egy kínai vezetésű, Magyarországon, Hollandiában és Svédországban dolgozó csillagászokat is felvonultató kutatócsoport, méghozzá egy speciális, a lehető legjobb felbontást nyújtó rádiócsillagászati technikával. A módszer a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria, angol rövidítéssel VLBI. Működésének lényege, hogy egyszerre több, egymástól akár több ezer km-re telepített rádiótávcső összehangoltan figyeli a kijelölt célpontot. Aztán a mérési adataikat számítógépes eljárással úgy kombinálják, hogy egy a teleszkópok közötti távolságokkal (a bázisvonalak hosszával) egyenértékű képzeletbeli műszer felbontását érhessék el vele.

A J0906+6930 blazárt a 2000-es évek elején fedezték fel, és akkoriban az amerikai VLBI hálózattal (Very Long Baseline Array, VLBA) többek közt 15 GHz-es frekvencián is készítettek róla több nagy felbontású rádióképet. Most a kutatócsoport ugyanezen a frekvencián újra megfigyelte ezt a különleges aktív galaxismagot a VLBA-val, és a fellelhető régebbi archív adatokat is újra feldolgozta. Egyrészt sikerült a térképeken több időpontban is egyértelműen azonosítani a plazmanyaláb komponenseit, megmérve azok látszólagos mozgását. Ez nem is egyszerű feladat, hiszen az univerzum tágulása miatt az idő a megfigyelőhöz rögzített rendszerben sokkal lassabban vánszorog, mint a kvazár saját rendszerében. A J0906+6930 vöröseltolódását figyelembe véve az időlassulás már mintegy 6 és félszeres.

A 15 GHz-es méréseket a VLBA rádióinterferométer-hálózat végezte, amely tíz, egyenként 25 m átmérőjű rádiótávcsőből áll. A hálózat a Karib-szigetektől Hawaii-ig terjed, a leghosszabb bázisvonal több mint 8600 km-es. (NASA GSFC)

Kiderült, hogy a kvazár magjához közelebb (az égboltra vetítve kevesebb mint 20 fényévre) levő komponens lényegében mozdulatlan. A plazmakifúvás viszont utána éles kanyart vesz, és a kijjebb található komponens látszólag a fénysebesség két és félszeresével száguld kifelé. (Ez nem mond ellent az általános relativitáselméletnek. Hasonló vagy még nagyobb látszó „szuperfénysebességű” mozgásokat más, közelebbi kvazárokban is meg lehet figyeli. Az anyag valójában a fényét nagyon megközelítő, de azt meg nem haladó sebességgel halad kifelé, nagyjából a megfigyelő látóirányába, csak a mozgás égboltra eső vetülete kelti a szuperfénysebesség illúzióját.) Nagyon távoli (4,5-es vöröseltolódást meghaladó) kvazárok esetén korábban csak két alkalommal sikerült megmérni a komponensek látszó sajátmozgását – mindkét esetben magyar vezetéssel –, de akkor csak két-két időpontban végzett VLBI megfigyelések alapján. Most még megbízhatóbb, több időponton alapuló értékek adódtak.

A legtávolabbi ismert blazár, a J0906+6930 egyik nagy felbontású VLBA rádióképe 15 GHz frekvencián. A skálákról ezred ívmásodpercben (mas) olvashatók le a szögtávolságok. A blazár távolságában 1 mas kb. 25 fényévnek felel meg az égboltra vetítve. C-vel a rádiószerkezet fényes magját, J1-gyel a plazmakifúvás állni látszó komponensét jelölték. (An et al. 2020)

A legfrissebb, 2018-ban végzett VLBA mérések alapján sikerült azt is kimutatni, hogy a J0906+6930 rádiósugárzása polarizált. Méghozzá épp ott, ahol a látszólag helyben maradó komponens van. Ilyen rendkívül távoli aktív galaxismag esetében ez volt az első nagy felbontású polarizációs rádiómérés. Az új bizonyítékok és a szakirodalomban fellelhető korábbi eredmények mozaikdarabjait összerakva egy olyan kép rajzolódik ki, hogy a kiáramló plazma a csillagközi anyag egy sűrűbb felhőjébe ütközik, iránya ott el is térül. A lökéshullámfront helye felfényesedik, a rendezetté váló mágneses tér pedig polarizált rádiósugárzást idéz elő. Könnyen meglehet, hogy nem csak a világegyetem volt fiatal 13 milliárd évvel ezelőtt, hanem a J0906+6930 blazárt is épp nagyon fiatal korában sikerült megfigyelni, amint nem sokkal korábban megkezdte aktív életét. Elindult a fekete lyuk környezetéből a plazmakifúfás, amelynek azonban a formálódó galaxis sűrű anyaga igyekszik útját állni. Az új mérések alapján továbbá valószínű, hogy ennek a röntgensugárzásáról is ismert távoli blazárnak, amely épp nagy étvággyal fogyasztja a közelségébe került anyagot, a korábban gondoltnál kisebb, „csak” alig ötvenmillió naptömegnyi fekete lyuk található a közepén.

A felfedezésekről beszámoló cikk a Nature Communications szaklapban jelent meg, teljes szövege szabadon hozzáférhető. A kutatómunkát többek között a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal magyar–kínai együttműködési pályázati támogatása (2018-2.1.14-TÉT-CN-2018-00001) is segítette.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás