Szétszálazott plazmanyalábot derített fel a Földnél is nagyobb virtuális rádióteleszkóp

9533

A Föld átmérőjénél nyolcszor nagyobb rádiótávcső-rendszerrel sikerült eddig még nem látott részletességgel feltárni a 3C 279 jelű blazárból kiinduló plazmanyaláb belső részének finomszerkezetét.

A most publikált, még 2014-ben végzett mérésekben alapvető szerepet játszott a 2011 és 2019 között működött orosz RadioAstron műhold, amely földi rádiótávcső-hálózatokkal együttműködve a csillagászatban elért eddigi legfinomabb szögfelbontást produkálta. Az alkalmazott technika a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (angol nevének rövidítésével VLBI), annak is a világűrbe kiterjesztett változata (űr-VLBI). A módszer lényege, hogy az összehangolt megfigyeléseket végző rádiótávcsövekkel elérhető felbontást nem egyetlen antenna átmérője, hanem az interferométer elemei közötti, sokkal nagyobb távolság határozza meg. A 3C 279 blazárra 22 GHz frekvencián (1,35 cm hullámhosszon) végzett mérések során elért legnagyobb bázisvonal mintegy 8 Föld-átmérőnyi, vagy másképp kifejezve közel 8 milliárd hullámhossznyi volt. Ez lélegzetelállító, 27 mikroívmásodperces (μas) felbontást eredményezett.

A földi rádióteleszkóp-hálózatokkal együttműködve az orosz RadioAstron űr-VLBI műhold, fedélzetén egy 10 m átmérőjű rádiótávcsővel, akár 350 ezer km hosszú interferométeres bázisvonalakat is elérhetett. A felbontás szempontjából így a Földnél sokkal nagyobb virtuális rádióteleszkópot lehetett előállítani. (Fantáziakép: Roszkoszmosz)

A blazárok olyan aktív galaxismagok, amelyek a központi szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéből hatalmas teljesítményű elektromágneses sugárzást bocsátanak ki. Az akár sok milliárd naptömegnyi fekete lyuk anyagot fog be, amely körülötte egy lapos, forgó és felforrósodott korongba rendeződik. Erre a korongra merőlegesen hagyják el a rendszert a plazmanyalábok (angol kifejezéssel jetek), ahol az erős mágneses térben a fényéhez közeli sebességre gyorsított, kifelé száguldó töltött részecskék rádiósugárzást (is) bocsátanak ki. A jetekkel rendelkező aktív galaxismagok csoportján belül a blazárok különlegessége abban rejlik, hogy az ellentétes irányba kilövellő plazmanyalábok egyike szinte pontosan a látóirányunkba mutat, s emiatt a sugárzása a Doppler-nyalábolásnak nevezett hatás miatt igencsak felerősödik.

A 3C 279 blazár fantáziaképe a fekete lyuk körüli anyagbefogási koronggal és felénk mutató, a látóiránnyal valójában 2 fok körüli szöget bezáró plazmanyalábbal. (Kép: ESO/M. Kornmesser)

A 3C 279-hez hasonló aktív galaxismagok a világegyetem legnagyobb teljesítményű, hosszú időtartamon át (tehát nem röviden, felvillanásszerűen) sugárzó objektumai, hatalmas távolságokból is meg tudjuk figyelni őket. Köztük a 3C 279 a viszonylag közelebbiek és ezért fényesebbek közé tartozik, vöröseltolódása 0,536, most észlelt sugárzása tehát „csak” mintegy 5 milliárd évet utazott hozzánk. Fényességük és kis kiterjedésük miatt a blazárok ideális célpontok nagy felbontású VLBI megfigyelések számára. Azonban a földi telepítésű interferométerek felbontása – legyen az bármilyen jó is – leginkább a plazmanyaláb által kitöltött keskeny csatorna, esetleg az azon belül kifelé haladó komponensek (plazmacsomók, lökéshullámok) megfigyelésére alkalmas. A jetek legbelső finomszerkezetéről eddig viszonylag keveset tudtunk. Néhány éve épp a 3C 279 a „feketelyuk-árnyékokról” alkotott első képekről nevezetes Eseményhorizont Távcső (Event Horizon Telescope, EHT) célpontja is volt, erről annak idején hírportálunkon is olvashattak. Az EHT ugyanolyan interferométeres elven, csak rövidebb, milliméteres hullámhosszakon működik. Így bár felbontása hasonló ahhoz, mint amit a RadioAstron űr-VLBI méréseivel cm-es hullámhosszon elértek, azokon a hullámhosszakon a most felismert szálas szerkezet egyrészt fizikai, másrészt képalkotási okokból – a rövid bázisvonalak hiánya miatt – nem látszik.

A nagy képen a 3C 279 blazár plazmanyalábjának 2014-ben, 1,3 cm-es hullámhosszon készült űr-VLBI intenzitástérképe (balra) és a lineárisan polarizált sugárzásban készült térképe (jobbra). Az utóbbin a rövid szakaszok az elektromos térerősség vektorainak irányát ábrázolják, a színeik a polarizáció mértékét jelölik (0,7%-ig). Balra fent (b panel) a 2017-ből származó 1,3 mm-es EHT térkép (színes) a plazmanyaláb legbelső részéről. Ugyanott a szintvonalak a RadioAstron méréseknek felelnek meg. Balra lent (c panel) egy 7 mm-es hullámhosszon, földi VLBI hálózattal készített térkép látható, ugyancsak 2014-ből. Ennek a felbontása még nem elegendő a finom részletek felfedezéséhez. (Forrás: Fuentes et al. 2023)

A RadioAstron, valamint Európától Kínáig, Ausztráliától Koreáig összesen 23 földi obszervatórium közel 12 órán keresztül figyelte a 3C 279-et, a jó képalkotást az elért változatos, kis és nagy bázisvonalhosszak garantálták. A nemzetközi kutatócsoportnak most először sikerült keresztirányban egyértelműen felbontani a belső jet szerkezetét, amely szálas, spirálvonalakat kirajzoló plazmainstabilitásokat mutatott. A rádiósugárzás polarizációja alapján a jetre spirális mágneses tér jellemző.

A szerkezet modellezéséből adódó legalább két (esetleg három) szál, balra a vetítési hatást kiküszöbölve a magtól mért valódi fizikai távolságokkal. A skála hosszúsági irányban 175 parszekig (pc), vagyis közel 600 fényévig terjed. A jet szélességét mutató vízszintes skálázás eltérő, ott a két szélső osztás közt mindössze 1 pc a távolság. Ahol vastagabb a vonal, ott nagyobb a sugárzás intenzitása. A világosabb árnyalatok a mért pontok közötti interpolációt jelölik. (Forrás: Fuentes et al. 2023)

Az újfajta mérések nyomán a kutatók egy alternatív ötlettel álltak elő a blazárok fényességváltozásainak magyarázatára. Hagyományosan úgy gondoljuk, hogy a jet kifelé elmozduló komponensei és az azok születésével összefüggésbe hozható változások (kitörések) kiváltó okai a jeten hosszirányban végighaladó lökéshullámok. A mostani eredmények alapján viszont akár arról is lehet szó, hogy az instabilitások a spirális mintázat szálai mentén terjednek kifelé. A fényesség időbeli változását ilyenkor az okozza, hogy egyes szakaszokon közelebb halad, máshol viszont kicsit nagyobb szögben hajlik az adott szál a látóirányhoz képest. Az előbbi esetben nagyobb, az utóbbiban kisebb lesz a Doppler-erősítés, amely meghatározza az általunk detektálható fényességet.

A 3C 279 plazmanyalábjának vázlatos modellje. Balra a fekete lyuk és az azt körülvevő anyagbefogási korong. Az egymás mellett csavarodó, a plazma instabilitásaira visszavezethető szálak okozzák a jet csatornáján belül megfigyelt, az aktuális látóiránytól is függő intenzitásváltozásokat. (Forrás: Fuentes et al. 2023)

Most fel van adva a lecke, hogy elméleti modellek készüljenek annak magyarázatára, miképpen alakulhat ki ilyen többszörös spirális szerkezet a blazárok és kvazárok plazmanyalábjainak legbelső szakaszán, ennyire közel a központi fekete lyukhoz. Feltételezhető, hogy itt az óramutató járásával megegyező forgás „tekeri fel” a mágneses tér erővonalait, amelyek mentén a fénysebesség kb. 99,7%-ának megfelelő sebességgel repülnek ki az elektromosan töltött részecskék a galaxismag centrumából. Hasonló szálas szerkezetet korábbi VLBI megfigyelések nyomán is találtak már más blazárokban, de mostaninál nagyobb méretskálákon. Könnyen meglehet, hogy az efféle szerkezet teljesen általános az aktív galaxismagok plazmanyalábjaiban, csakhogy a jelenleg elérhető felbontás és érzékenység még nem elegendő arra, hogy más esetekben is ugyanolyan jól megfigyelhessük, mint most a 3C 279-nél.

Forrás: MPIfR közlemény

Kapcsolódó korábbi híreink:

Hozzászólás

hozzászólás