Vadászat a kettős aktív galaxismagokra: a dió keményebb a vártnál

179

Egy magyar vezetésű nemzetközi kutatócsoport négy feltételezett kettős aktív galaxismagot vizsgált meg a rádiótartományban, nagy felbontással. Egyikük sem bizonyult kettősnek.

Bár a galaxismagok párosainak megtalálása eddig sem tűnt könnyűnek, az eredmény azt sejteti, hogy még a reméltnél is nehezebb feladattal állnak szemben a csillagászok. Ismereteink szerint a legtöbb galaxis közepében megtalálható (legalább) egy szupernagy tömegű, akár több milliárd naptömegnyi fekete lyuk. Ezek egy része aktív, vagyis anyagot fog be a környezetéből, és hatalmas teljesítménnyel sugároz a teljes elektromágneses tartományban. A fekete lyuk felé spirálozó anyag egy forró, forgó korongot formál. A központi objektum közelében és kicsit távolabb is ionizált gázfelhők keringenek nagy sebességgel. A galaxisok közepén található fekete lyukak mintegy tizedénél pedig az anyag egy része – a mágneses tér és a fekete lyuk gyors forgása következtében – a forgástengely mentén két átellenes irányba kilövellő, relativisztikus sebességre gyorsuló részecskenyaláb (jet) formájában hagyja el a centrumot. Ez utóbbiakból származik az a rádiósugárzás is, amit egymástól távol elhelyezett rádiótávcsövek hálózatával, a jelenleg elérhető legfinomabb felbontással lehet tanulmányozni. A kutatócsoport a megfigyeléseihez az Egyesült Államok területén telepített VLBA (Very Long Baseline Array) rádióteleszkópjait használta.

20160610_csak_egyedul_nem_parban_1
A VLBA rádióinterferométer-hálózat tíz, egyenként 25 m átmérőjű rádiótávcsőből áll, a Karib-szigetektől Hawaii-ig terjed. (NASA GSFC)

A galaxisok létezésük hosszú ideje alatt fejlődnek, átalakulnak. A folyamatban meghatározó szerepet játszik az egymáshoz közel kerülő galaxisok ütközése, összeolvadása. Ha pedig a galaxisok összeolvadnak, előbb vagy utóbb ez kell legyen a sorsa a magjaiknak, a szupernagy tömegű fekete lyukaknak is. Nagy kérdés persze, hogy előbb vagy utóbb – ettől is függ, hogy mennyi és egymástól milyen távolságban levő galaxismagpárt figyelhetünk meg, vagy hogy milyen jeleket várhatunk, ha elkészülnek azok a gravitációshullám-detektorok, amelyekkel a galaxisok szupernagy tömegű fekete lyukainak összeolvadását közvetlenül is lehet majd érzékelni.

20160610_csak_egyedul_nem_parban_2
Összeolvadás előtt álló, egymás körül keringő fekete lyukak. (NASA/JPL)

Szimulációk szerint két galaxis kölcsönhatása beindíthatja az egyikőjük vagy akár mindkettőjük magjának aktivitását azzal, hogy friss “üzemanyagot” juttat a fekete lyukak közelébe. A fejlődési folyamat viszonylag korai szakaszában a páros tagjai már gravitációsan egymáshoz kötve, de még több ezer fényévre vannak egymástól, aktivitásuk pedig elárulhatja őket. Idővel aztán egyre közelebb jutnak egymáshoz, ami azt is jelenti, hogy közvetlen képalkotással egyre nehezebb, vagy egyenesen lehetetlen lesz megkülönböztetni őket. Erre a legtöbb esélyt még a rádióinterferométeres mérések kínálják, de azok feltétele, hogy a jet kialakulásával megjelenjenek a kompakt, szinkrotronsugárzást kibocsátó rádióforrások.

Hogyan lehet megtalálni a tűket a szénakazalban, vagyis a kettős magokat a galaxisok tengerében? Az egyik közvetett módszerrel kettős csúcsú emissziós vonalakat keresnek a galaxisok színképében. Ezek származhatnak két, egymás körül keringő aktív galaxismag körüli ionizált gázfelhőkből, amelyek eltérő látóirányú sebessége miatt a színképvonalak hullámhossza más-más mértékben tolódik el – ez okozza a dupla csúcsot. Sajnos azonban a módszerről bebizonyosodott, hogy nem csalhatatlan, sőt az így kiválasztott párosjelöltek túlnyomó többségében valami más fizikai mechanizmus – például a két irányba kilövellő jetek vagy a galaxismagból kifelé induló egyéb anyagáramlás – okozza a vonalak megkettőződését. Az elmúlt évek kutatásai ezért már inkább arra irányultak, hogy további árulkodó jelek keresésével szűkíthessük az ígéretes feketelyuk-kettősök listáját.

Egy ilyen ígéretesnek mondott listáról választotta ki a magyar, kínai, hollandiai és német kutatóintézetekben dolgozó csoport azt a négy rádiósugárzó objektumot, amelyeket 2013-ban a VLBA-val megfigyelt. Ezeknél remény volt arra, hogy interferométeres képalkotással felbonthatják a párost alkotó két kompakt rádióforrást, közvetlenül igazolva így a kettősséget. Az eredmények szerint az egyik célpont túl halványnak és kiterjedtnek bizonyult a detektáláshoz, a másik három esetben pedig csak egy-egy kompakt galaxismag bukkant fel a képeken. A közös bennük, hogy egyik jelöltnél sem sikerült rádiósugárzó aktív galaxismagok párosát kimutatni az optikai megfigyelések alapján megjósolt távolságokban. Az előfordulhat ugyanakkor, hogy rádiócsendes aktív galaxismagokról van szó, amelyek így a VLBA számára láthatatlanok. Így a mérések a kettősséget ugyan nem erősítik meg, de elvben ki sem zárhatják. Ugyanakkor a megfigyelt komplex, jetekre utaló rádiószerkezetek, illetve ezek irányának összevetése az optikai galaxis síkjával két esetben inkább azt valószínűsítik, hogy a jet és a galaxis anyagának kölcsönhatásából eredő kifúvások felelősek a megkettőzött színképvonalcsúcsokért.

20160610_csak_egyedul_nem_parban_3
Az SDSS J2304-0933 jelű galaxis 1,5 GHz frekvencián készült VLBA képe egyetlen rádiósugárzó aktív galaxismagot mutat, a jet kiterjedése nyugati irányban (a képen jobbra) kb. 125 fényév távolságig nyomon követhető. (Gabányi és mtsai, 2016)
20160610_csak_egyedul_nem_parban_4
Az SDSS J2104-0009 jelű galaxis magja mellett mindkét oldalon láthatók a jetre utaló komponensek. A kompakt rádiószerkezetre jellemző pozíciószög alapján feltételezhető, hogy a jetnek köze van optikai emissziós vonalak megkettőződéséhez. (Gabányi és mtsai, 2016)

Az aktív galaxismagok párosainak keresése, egyértelmű kimutatásuk lehetőségeinek kutatása tovább folytatódik. Bár a jelek szerint ez nem egyszerű, de azért nem is lehetetlen, hiszen több tucat hasonló objektumot ismerünk már. A keresésben segíthet új módszerek kidolgozása, és új, az eddigieknél még érzékenyebb megfigyelőműszerek csatasorba állítása. Rádiótartományban ilyen például a déli féltekén épülő négyzetkilométeres gyűjtőfelületű antennahálózat (Square Kilometre Array, SKA).

Az eredményeket bemutató, az Astrophysical Journal című folyóiratban hamarosan megjelenő cikk vezető szerzője Gabányi Krisztina (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium). A kutatómunkát a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (OTKA NN110333 és K104539), valamint a Kínai Tudományos Akadémia kutatócsere programja támogatta. A cikk kézirata az arXiv szerverén már most is hozzáférhető.

Forrás:

Hozzászólás

hozzászólás