A "gyanús" kvazárra kínai szerzők bukkantak nemrég, amikor a nagyszabású Sloan Digitális Égboltfelmérés (SDSS) során felvett színképeket vizsgálták át, a kétszeresen ionizált oxigén megkettőzött emissziós vonalai után kutatva.
Fantáziakép egy aktív galaxismagról. Középen a fekete lyuk környezetéből behulló anyag biztosítja azt az "üzemanyagot", ami miatt a galaxismag hatalmas teljesítménnyel sugároz. Két ellentétes irányban, alul és felül a kidobódó plazmanyalábok (jetek) láthatók, amelyek rádiótartományban is megfigyelhetők. Az ionizált gázfelhők, ahonnan a keskeny emissziós színképvonalak származnak, a fekete lyuktól távolabb keringenek. (Illusztráció: Aurore Simonnet, E/PO, Sonoma State University)
A kvazárok centrumában egy szupernagy tömegű (vagyis több milliónyi vagy milliárdnyi naptömeget magába sűrítő) fekete lyuk található. A fekete lyuk körül keringő ritka gázfelhők anyagát a középpont felől érkező sugárzás gerjeszti. Innen, az ún. keskeny vonalas tartományból származnak az [OIII] egymás mellett feltűnő jellegzetes, 495,9 és 500,7 nm-es hullámhosszú színképvonalai is. Képzeljük most el, hogy két ilyen hatalmas fekete lyuk kering egy közös tömegközéppont körül. Ekkor a körülöttük külön-külön meglevő gázfelhők eltérő látóirányú sebességei miatt a színképvonalak megfigyelhető hullámhossza más-más mértékben tolódik el: a vonalak dupla csúccsal jelennek meg a kvazár színképében. (Ezek az eltolódások persze hozzáadódnak a világegyetem tágulásából következő vöröseltolódáshoz, ami az egész kettős rendszerre vonatkozik.) A csúcsok helye között mérhető hullámhossz-különbség utal a sebességbeli eltérésre.
J1425+3231 jelű kvazár színképének egy részlete, a z=0,478 kozmológiai vöröseltolódás vigyelembe vételével a kvazárral együtt mozgó rendszerbe transzformálva. A kétszeresen ionizált oxigén két keskeny vonala mellett a hidrogén széles Hβ emissziós vonalán is látszik a megkettőződés. (Adatok: SDSS / Peng et al. 2011)
Az univerzumot benépesítő galaxisok – a maguk sok száz- vagy akár ezermilliárdnyi csillagával, csillagközi gáz- és poranyagával és rejtélyes "sötét anyagával" – hosszú létezésük során ütközhetnek egymással, összeolvadhatnak. Ilyenkor egymáshoz végzetesen közel kerülhetnek, s idővel ugyancsak egybeolvadhatnak a galaxisokban levő központi fekete lyukak is. A még különálló galaxismagok közeledési és összeolvadási folyamatának különböző fázisait nem könnyű megfigyelésekkel is tetten érni. Ha már elég közel, mondjuk tíz-húszezer fényév távolságon belülre kerülnek egymáshoz, akkor általában csak közvetett módszerekre hagyatkozhatunk – ilyen a kettős csúcsú emissziós színképvonalak keresése is -, hiszen távcsöveink felbontása nem elegendően finom mindkettőjük megkülönböztetéséhez.
A galaxisok és magjaik kialakulásának, növekedésének, fejlődésének a jobb megértéséhez fontos, hogy minél többet megtudjunk összeolvadásukról. Az egyesülő galaxismagok pedig a még közvetlen detektálásra váró gravitációs hullámok legerősebb forrásai. (A kettős aktív galaxismagokról ennél bővebben is olvashatnak a Meteor Csillagászati Évkönyv 2012-es kötetében.)
A dupla csúcsot mutató keskeny emissziós vonalak sajnos nem csalhatatlan jelei a kvazárok kettősségének. Keletkezésüknek ugyanis más lehetséges okait is ismerjük, ami megtévesztheti a kettős kvazárokat kereső gyanútlan megfigyelőt. Sőt úgy tűnik, hogy az ilyen színképvonalakat mutató kvazárok közül akár csak minden tizedik lehet valóban kettős. A kiválasztási módszer tehát nem elég hatékony. A J1425+3231 esetének tisztázásához viszont nagy segítség volt, hogy a kvazár irányából rádiósugárzást is detektáltak. Akkor pedig érdemes volt megvizsgálni interferométeres technikával, amellyel a lehető legjobb szögfelbontás érhető el a csillagászatban.
Mit remélhetünk egy ilyen megfigyeléstől? A J1425+3231 az optikai színképe alapján megfogalmazott gyanú szerint egymástól néhány ezer fényéves távolságban levő két szupernagy tömegű fekete lyukat tartalmaz. A nagyobbik mintegy százmillió, a kisebbik néhány millió naptömegnyi lehet. Ha tényleg kettős a kvazár, s netán a rendszer mindkét tagja rádiósugárzó, nem csak az egyikük, akkor lehetővé válhat a kettősség közvetlen igazolása. Az aktív galaxismagokból származó rádiósugárzás onnan ered, hogy a fekete lyukba a környezetéből behulló anyag egy része a forgástengely irányában, nagy sebességgel kilökődik. Ez az erős mágneses térben mozgó plazma sugároz a rádiótartományban.
Egy magyar vezetésű kutatócsoport az Európai VLBI Hálózat (EVN) érzékeny antennáival figyelte meg a J1425+3231 jelű kvazárt. A méréseket 2011-ben, különböző időpontokban, két frekvencián végezték. Az Európában, Kínában és Dél-Afrikában levő rádiótávcsövekkel egyszerre végrehajtott mérések kombinálásával szinte az egész Földével megegyező méretű "virtuális rádióteleszkóp" állítható elő, amelynek szögfelbontása centiméteres hullámhosszakon az ívmásodperc ezredrészét közelíti.
J1425+3231 kvazár 1,7 GHz-es rádiófrekvencián készített interferométeres képe, rajta pirosas-sárgás foltokként a két kompakt rádióforrással. Közülük a jobb felső (északnyugati) fényesebb, a másik (délkeleti) halványabb. A kép bal alsó sarkában látható fehér ellipszis a hálózat véges felbontását jelképezi – ekkorának tűnne vele egy pontszerű égi rádióforrás képe. A kékes színű háttérmintázat a térkép zajszintjét jellemzi, amiből a detektálások "kiemelkednek". A koordinátatengelyek ezredívmásodperc egységben vannak skálázva. A felhasznált méréseket az EVN kilenc antennájával két órán át gyűjtötték, és széles sávú optikai kábeleken továbbították a hollandiai számítóközpontba, ahol a beérkező adatokat valós időben kombinálták. (Frey et al. 2012)
Az eltervezett mérések sikerrel jártak: a kettősnek hitt kvazárban két, egymástól az égboltra vetítve 8,5 ezer fényév távolságban látszó kompakt rádióforrást sikerült detektálni. Minden jel arra mutat, hogy tényleg kettős aktív galaxismagról van szó, főleg ha az optikai színképből, valamint a kvazár röntgensugárzásából nyerhető információt is figyelembe vesszük. (Kicsi a valószínűsége, de csupán a rádiómérések alapján előfordulhat, hogy a halványabb komponens csak egy fényes csomó egyetlen kvazárhoz tartozó jetben.) Az új eredmény nem csak azért jelentős, mert mind a mai napig csupán egy maroknyi hasonló kettős rádiókvazár ismert. Azt is sikerült megmutatni, hogy jól kiválasztott jelöltek esetén az interferométeres megfigyelési módszert hatékonyan lehet alkalmazni az ilyen rádióforrások azonosítására. Különösen igaz lesz ez, ha a fejlesztések révén rövidesen még több antenna még nagyobb sávszélességgel működik majd a hálózatban, tovább javítva érzékenységét.
A VLBI megfigyeléseket végző kutatócsoport tagjai: Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium), Paragi Zsolt (Joint Institute for VLBI in Europe, Hollandia), An Tao (Sanghaji Csillagászati Obszervatórium, Kína) és Gabányi Krisztina (MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet). A munka az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA, K72515) és a Kínai Tudományos Akadémia kutatócsere programja támogatásával folyt. Az EVN-hez való hozzáférést az Európai Unió a 7. Kutatás-Fejlesztési Keretprogram RadioNet projektje keretében segítette. Az eredményeket ismertető cikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című folyóiratban jelenik meg, kézirata az arXiv szerverén már hozzáférhető.
Linkek:
- http://arxiv.org/abs/1206.2167
- Európai VLBI Hálózat (EVN)
- FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium
- Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE)
