Pillantás a Perseus-halmaz szívébe

1639

A Földnél is nagyobb rádióinterferométer-hálózat segítségével minden eddiginél finomabb felbontással sikerült feltérképezni a halmaz középpontjában levő 3C 84 rádiógalaxis magját.

A földi rádióteleszkópokból és az orosz RadioAstron műhold fedélzetén elhelyezett 10 m átmérőjű antennából álló hálózat összehangolt megfigyelései alapján feltárult a galaxis közepét elfoglaló szupernagy tömegű fekete lyuk környezetét elhagyó, a fényéhez közeli sebességre felgyorsított részecskékből álló nyaláb meglepő szerkezete. A plazmanyaláb (elterjedt angol kifejezéssel: jet) belsejét a különleges interferométerrel – vitathatatlanul a világ legnagyobb csillagászati „távcsövével” – olyan helyen is sikerült megfigyelni, ahol eddig még soha. A jet kiindulási pontjától csupán 12 fénynapnyi, a fekete lyuk eseményhorizontja néhány százszorosának megfelelő távolságban a plazmanyaláb szélei sokkal fényesebbek, mint a közepe.

Fantáziaképen a földi és Föld körüli pályán keringő elemeket használó űr-VLBI hálózat (balra), valamint a tőlünk 230 millió fényévre levő Perseus A rádiógalaxis centrumából kiinduló, a mi látóirányunk közelébe mutató plazmanyaláb új, minden eddiginél finomabb felbontású, 22 GHz frekvencián készült rádióképe. A nyalábnak az itt látható belső része az égboltra vetítve mintegy 3 fényév hosszúságú. A központi fekete lyuk a kép felső részén, a fényes folton belül rejtőzik. (Montázs: Pier Raffaele Platania INAF/IRA, RadioAstron kép: Lebegyev Fizikai Intézet)

A 3C 84 (más néven NGC 1275, vagy a rádiócsillagászok hagyományos jelölésével Perseus A) plazmanyalábja belső részének ezt a henger palástjára emlékeztető szerkezetét eddig is ismerték földi mérések alapján. De most a korábbinál tízszer jobb felbontást alkalmazva kiderült, hogy „befelé” ugyanúgy folytatódik a megfigyelt profil. A jetnek tehát már itt, a fekete lyuktól mintegy 350 gravitációs sugárnyi távolságban csaknem olyan nagy a szélessége, mint amilyen messze az anyaga eljutott a központi fekete lyuk közeléből. A jelek szerint tehát ezen az igen rövid szakaszon, amit még a most elért extrém finom felbontással sem sikerülhetett feltérképezni, a nyaláb először kiszélesedik, majd hirtelen hengeressé és összetartóvá válik. Egy másik lehetséges magyarázat szerint a plazmanyaláb – de legalábbis annak külső része – nem is a fekete lyuk közvetlen közeléből indul, hanem azt az körülvevő anyagbefogási korong felszínéről. Ebben az esetben nem volna szükség a hirtelen kiszélesedését feltételezni. Mindenesetre az új mérés fontos adalékul szolgál azokhoz a fizikai modellekhez, amelyek az aktív galaxismagokban kialakuló relativisztikus plazmanyalábok keletkezését, alakulását szeretnék leírni – egyelőre még nem teljes sikerrel.

A legtöbb nagy galaxis közepében megtalálhatók az akár több milliárdnyi naptömeggel egyenértékű hatalmas fekete lyukak. Ha ezek anyagot nyelnek el a környezetükből, akkor kialakulhat körülöttük egy forró, gyorsan forgó, erős mágneses térrel rendelkező korong. Az anyag egy része ilyenkor nem hullik be a fekete lyukba, hanem a forgástengelye mentén két irányban, óriási sebességre felgyorsulva elhagyja a galaxis magját. Ezek a látványos jetek, amelyeknek az erős rádiósugárzását a mágneses térben kifelé spirálozó elektromosan töltött részecskék okozzák.

Az anyagbefogási koronggal körülvett központi fekete lyuk közeléből induló plazmanyalábok – ahogy a rajzoló elképzelte. (Kép: Robin Dienel / Carnegie Institution for Science)

Működésük megértéséhez a csillagászok igyekeznek minél közelebb férkőzni a fekete lyukakhoz, de nem könnyű ilyen finom felbontású rádiótérképeket készíteni. Az erre a célra alkalmazott technika az 1960-as években kifejlesztett nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (angol rövidítéssel VLBI). Az egymástól távol levő, de összehangolt méréseket végző hálózat felbontása az egyedi rádióteleszkópok közötti legnagyobb távolsággal – a leghosszabb bázisvonal – méretével arányosan javul. A Földön a VLBI hálózatok kiterjedését természetesen korlátozza bolygónk átmérője, de egy műholdra telepített antenna hozzáadásával még ezen is túl lehet tenni. Ilyen űr-VLBI méréseket végez 2011 óta az orosz RadioAstron műhold és a vele együttműködő földi hálózatok. A RadioAstron elnyúlt pályájának Földtől távoli pontjában 350 ezer km-re is eljut, vagyis a földi antennákkal együtt alkotott interferométeres hálózat kiterjedése megközelítheti a Föld–Hold távolságot is!

A 3C 84 most közzétett méréseinél nem használtak ilyen hosszú bázisvonalakat: a 2013. szeptemberi adatok gyűjtésekor a műhold a pályájának földközeli pontja körül repült. Több mint két tucatnyi földi rádiótávcső vett részt a megfigyelésekben, köztük az Európai VLBI Hálózat antennái, valamint amerikai, orosz és dél-koreai obszervatóriumok.

Az orosz RadioAstron műhold fantáziaképe. (Kép: Lavocskin Egyesülés)

A 3C 84 űr-VLBI megfigyeléséről beszámoló szakcikket egy nyolc ország kutatóiból álló csoport a Nature Astronomy folyóiratban publikálta. A tanulmány másik érdekes megállapítása, hogy a 3C 84 plazmanyalábja sok tekintetben lényegesen különbözik egy hozzánk még közelebbi, részletesen tanulmányozott fényes rádiógalaxis, a Virgo-halmaz közepén található M87 (Virgo A) nyalábjától. Az M87 magja az egyetlen olyan másik sok milliárdnyi naptömegű fekete lyuk, amelynek közelében eddig ilyen finom felbontással sikerült tanulmányozni a jet rádiószerkezetét. A kutatók szerint az eltérés oka a korkülönbség: a 3C 84-ben a plazmanyaláb nem túlságosan rég indult újra.

Az orosz RadioAstron űr-VLBI műhold programjának előkészítése több mint négy évtizede kezdődött. Érdemes megemlékezni a magyar részvételről is, hiszen az 1980-as évek közepén Budapesten tartották az első nagyszabású nemzetközi RadioAstron megbeszélést, és hazai kutatók a tudományos program kialakításába, szimulációkba is bekapcsolódtak. Jelenleg az MTA CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetének munkatársai dolgoznak RadioAstron adatokkal, a 3C 84-nél sokkal távolabbi aktív rádiósugárzó galaxismagokat vizsgálva.

Linkek:

Hozzászólás

hozzászólás