A gamma-sugárzást kibocsátó objektumok mindig is felkeltették a csillagászok érdeklődését, az ilyen nagy energiás elektromágneses sugárzással járó folyamatok rejtik talán a legegzotikusabb fizikai mechanizmusokat. Nem csoda, hogy nagy port kavart az a négy keskeny vonalas Seyfert-1 galaxis, amelyeket 2009-ben gamma-forrásokként azonosítottak a Fermi gamma-űrtávcső fedélzetén elhelyezett képalkotó berendezéssel (Large Area Telescope, LAT).
A Fermi-űrtávcső fantáziaképe, felül a LAT műszerrel. (Forrás: NASA)
A Seyfert-galaxisok az aktív galaxismagok közé tartoznak, azok egyik csoportját alkotják. Sajátosságuk, hogy kisebb teljesítménnyel sugároznak, mint más, jól ismert aktív galaxismagok, a kvazárok, illetve a központjukban található szupernagy tömegű fekete lyuknak kisebb a tömege. Persze így is hatalmas, több tízmillió naptömegű objektumokról van szó. Megfigyelhető tulajdonságaik alapján a Seyfert-galaxisok alcsoportokra oszthatóak, nevezetesen 1-es és 2-es fő típusokat különböztetünk meg, illetve köztes átmeneti típusok is megtalálhatóak. A két fő típus között optikai színképük adja a különbséget, az emissziós vonalak szélessége és erőssége tér el. Minderre a magyarázatot a galaxismagoknak a látóirányhoz viszonyított térbeli orientációja adja. Míg a Seyfert-1 galaxisokat inkább szemből, a központi fekete lyukat körülvevő anyagbefogási korong szimmetriatengelyéhez képest kisebb látószögből, addig a Seyfert-2 típust inkább „éléről”, nagyobb látószögből észleljük. További speciális alcsoportot alkotnak a keskeny vonalas Seyfert-1 galaxisok, amelyek – nevükhöz méltóan – egy a Seyfert-1 típusnak megfelelő spektrummal rendelkeznek, ahol azonban keskenyek a fő emissziós színképvonalak.
Egy aktív galaxismagban centrumában a környezetéből anyagot befogó szupernagy tömegű fekete lyuk fantáziarajza. (Forrás: International Gemini Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / P. Marenfeld)
De miért is volt meglepő gamma-sugárzást érzékelni Seyfert-galaxisokból? Blazároknál megszokott az erős gamma-sugárzás jelenléte, sőt az ilyen aktív galaxismagok egyik jellemző tulajdonsága, hogy nagy teljesítménnyel sugároznak a legszélesebb elektromágneses spektrumban. De a blazárok közismerten a „leglátványosabbak” az aktív galaxismagok családjában, a több milliárd naptömegű fekete lyuk képes a körülötte lévő beáramló anyagot extrém hőmérsékletekre felhevíteni és az erős mágneses térben a galaxis korongjára merőlegesen plazmanyalábot (jet) kilövellni, amelyben a részecskék közel fénysebességgel száguldanak kifelé. Ráadásul a blazárok esetében ezt az erőteljes plazmanyalábot szinte szemből figyeljük meg, a rálátás szöge nagyon kicsi, így jelentős részben ez is hozzájárul a rendkívül erős sugárzáshoz, a relativisztikus Doppler-erősítés révén.
A Seyfert-galaxisok ennél „jelentéktelenebbek”, s a korábbi tanulmányok alapján nem is feltételezték, hogy ilyen kisebb tömegű fekete lyukkal rendelkező galaxismag is képes ilyen nagy energiás sugárzást kibocsátani. Így az ilyen objektumok felfedezése alapvető kérdéseket vetett fel a jetek képződésével és fizikájának leírásával kapcsolatban. További tanulmányozásukkal jobban megérthetjük ezekben az extrém környezetekben működő folyamatokat.
Remek példa erre a TXS 1206+549 katalógusjelű, rádió- és gamma-sugárzó keskeny vonalas Seyfert-1 galaxis. Színképvonalainak 1,3-as vöröseltolódásával ez a jelenleg ismert legtávolabbi objektum ebből a ritka típusból, fénye csaknem 9 milliárd éven át utazott felénk. A gamma-sugárzást kibocsátó aktív galaxismagok jellemzően erős rádiósugárzók is, mint ahogyan az a TXS 1206+549 esetében is igaz. Így lehetett nagy felbontású rádiótérképeket készíteni az objektum központi régiójáról, ahol a kilövellő plazmanyaláb legbelső szerkezetét lehet tanulmányozni. A szükséges finom felbontást a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria, azaz a VLBI technika teszi lehetővé, amelyben több földi rádióteleszkóp végez méréseket ugyanarra a célpontra, majd utólag, az időben rendkívül pontosan rögzített adatokból állítják elő az interferenciát. Ebből tudunk később rádiótérképet előállítani, s az adatok modellezése segítségével a galaxismag és a jet néhány jellemző tulajdonságát is meghatározhatjuk.
Ilyen modellezéssel, hosszú évek alatt több alkalommal végzett VLBI mérések sorozata alapján sikerült a TXS 1206+549 plazmanyalábja egy komponensének látszólagos sebességét kimérni, eredményül pedig a fénysebesség háromszorosa jött ki. Ettől persze nem kell megijedni, ez a szuperfénysebességű mozgás jól ismert jelensége. Ilyenkor valójában a fényéhez nagyon közeli (de annál természetesen kisebb) sebességgel mozognak a felénk tartó plazmacsomók, ám a kis látószög miatt ezt az értéket az égbolt síkjában nagyobbnak érzékeljük. Ebből a jet tényleges látószögére is becsülést lehet adni, amely a TXS 1206+549 esetében kissé nagyobbnak adódott, mint a blazárok esetében – összhangban azzal, amit egy Seyfert-galaxis magjától várnánk.
A TXS 1206+549 jelű rádiósugárzó keskeny vonalas Seyfert-1 galaxis belső plazmanyalábjának egyik VLBI térképe az amerikai Very Long Baseline Array (VLBA) rádiótávcső-hálózattal 8,65 GHz frekvencián, 2018-ban készült. Az égi koordináták (rektaszcenzió és deklináció) beosztása ezredívmásodperc (mas) egységben látható. A galaxismag távolságában 1 mas szögméret nem egészen 30 fényévnek felel meg. A színskála a rádiósugárzás intenzitását mutatja, a körök a kompakt mag és a jet komponensei modellezésének eredményét illusztrálják. (Forrás: Kozák és társai, 2024)
Általánosságban ezek a nagy energiás relativisztikus jetet létrehozó rádióhangos Seyfert-1 galaxisok sok hasonlóságot mutatnak a blazárokkal, a látszólagos szuperfénysebességű mozgás, a gyors fényváltozások és a gamma-sugárzás jelenléte mind példa erre. A hasonlóságok miatt felvetődött az esetleges evolúciós kapcsolat a két csoport között. Eszerint a blazárok még kisebb, fejlődésben lévő „rokonairól” lehet szó. Hogy biztosabbat mondhassunk, még további kutatásokra van szükség. Az ilyen aktív galaxismagokból ma még viszonylag keveset ismerünk, s közülük még kevesebbet térképeztek fel ilyen részletességgel a rádiótartományban. De ahogy egyre többet fedeznek majd fel belőlük, úgy tudunk egyre bizonyosabbat mondani erről a különös és érdekes galaxistípusról.
A TXS 1206+549 aktív galaxismagról szóló tanulmány a Galaxies folyóirat 12. évfolyamának első száma (2024. február) a címlapjára került.
Eredményeinket nemrég a Galaxies című szakfolyóiratban publikáltuk, a cikk első szerzőjének az ELTE fizika alapszakán elkészített diplomamunkája nyomán, az NKFIH OTKA K134213 projekt támogatásával.
Forrás:
Kozák B., Frey S., Gabányi K.É. (2024): Superluminal Motion and Jet Parameters in the Gamma-ray-Emitting Narrow-Line Seyfert 1 Galaxy TXS 1206+549. Galaxies, Vol. 12, id. 8
https://doi.org/10.3390/galaxies12010008
