Tűk a kozmikus szénakazalban

847

A kvazárok (angolul: quasi-stellar radio source, röviden quasar) felfedezésükkor, az 1960-as évek elején azért kapták nevüket, mert e rádiótartományban megtalált égi objektumok a legjobb optikai távcsövekben is csillagszerűnek tűntek. Nem sokkal később színképvonalaik vöröseltolódásából arra következtettek, hogy nagyon távoli, s így igen nagy teljesítménnyel sugárzó égitestek. A ma elfogadott nézet szerint a kvazárok aktív galaxismagok, amelyek túlragyogják még anyagalaxisuk fényét is. Rövidesen kiderült, hogy a hasonló égitestek közül nem mind erős rádiósugárzó, talán ha a tizedrészük. A nevükben azonban mégis megmaradt a rádióforrásokra való utalás.

Napjainkban százezerszámra ismerünk kvazárokat, köztük a Világegyetem eddig észlelt legtávolabbi objektumait. Csak a Sloan Digitális Égboltfelmérés (SDSS) katalógusa több mint százezer olyan kvazárt tartalmaz, amelynek sikerült a vöröseltolódását is megmérni. A rádiósugárzó kvazárok azonban továbbra is kiemelt figyelmet érdemelnek. Ennek egyik oka, hogy ezeket lehet a legfinomabb felbontással, rádió-interferométeres technikával megfigyelni. Másképp fogalmazva: ezeknél "láthatunk be" leginkább a központi, akár több millió vagy milliárd naptömegű fekete lyuk közelébe. A kvazárok energiaforrása ugyanis a szupernagy tömegű fekete lyukakba a környezetükből befogott anyag. A behulló anyag egy része a forgástengely mentén két ellentétes irányban elhagyja a centrumot. A hatalmas sebességűre gyorsított, az erős mágneses térben kifelé spirálozó elektromosan töltött részecskék felelősek az észlelt intenzív rádiósugárzásért is.

Az interferométeres megfigyelési technika azon alapul, hogy egymástól távol eső – akár különböző földrészeken elhelyezett – rádióteleszkópokat egyidőben ugyanarra az égi rádióforrásra irányítanak. Az egyes antennáknál rögzített adatok később visszajátszhatók, számítógéppel kombinálhatók. Az így létrehozott interferencia révén végső soron egy akkora képzeletbeli rádióteleszkóp "állítható elő", amekkora a hálózatban levő egyes antennák közötti legnagyobb távolság. Ezzel az ún. nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (VLBI) a centiméteres rádióhullámhosszakon kb. az ívmásodperc ezredrészének megfelelő szögfelbontást képes nyújtani. (Ekkora szög alatt látszana a Földről egy gyerek – a Holdon állva!)

Eddig a legfényesebb néhány ezer rádiókvazár szerkezetét sikerült a legfinomabb felbontással tanulmányozni a földi rádiótávcső-hálózatokkal. A kutatások alapján többet tudhatunk meg arról, hogy milyen extrém fizikai körülmények közt működnek, s az Univerzum különböző korszakaiban hogyan fejlődtek ezek a kvazárok. Megfigyelt tulajdonságaikat felhasználhatjuk a kozmológiai modellek ellenőrzésére és finomítására. Sőt e "kozmikus világítótornyoknak" gyakorlati jelentőségük is van: ezek segítségével jelölik ki a legpontosab égi koordináta-rendszert. Olyan távol vannak, hogy látszó égi mozgásuk nyugodtan elhanyagolható. A VLBI technika geodéziai alkalmazásával azután a Föld forgásának apró változásai, a tengely imbolygása, sőt a tektonikus lemezmozgások is nagy pontossággal nyomon követhetők a kvazárokhoz rögzített vonatkoztatási rendszerben.

Az Európai VLBI Hálózatnak (EVN) a program során használt európai és kínai antennái. (Háttérkép: Google Earth)

A VLBI technika fejlődésével, érzékenyebbé válásával elérkezett az idő arra, hogy az eddiginél tízszer-százszor halványabb rádiókvazárok szerkezetét is feltérképezzük. Erre dolgozott ki egy hatékony módszert Frey Sándor (Földmérési és Távérzékelési Intézet) vezetésével egy magyar és külföldi csillagászokból álló csoport. Az eljárás lényege, hogy egy ismert, fényes rádióforrás közvetlen égi környezetében felmérik a halványabb kvazárokat is, miközben a rádióantennák néhány percenként felváltva figyelik a fényes, majd a halvány célpontokat. De hogyan választhatók ki ügyesen a szóba jöhető célpontok, hogy a hálózat értékes idejét ne a "semmi" figyelésével kelljen tölteni? Hogyan kereshetjük meg a tűket (vagyis a VLBI-vel is feltérképezhető, igen kompakt rádiókvazárokat) a szénakazalban (a rengeteg ismert kvazár közül)? Az újdonság, hogy csoportnak sikerült egy olyan előzetes szűrőmódszert találni, amelyről bebizonyosodott, hogy közel 90%-os találati arányt biztosít. A kiválasztás a látható fény tartományában az SDSS felmérésben katalogizált kvazárokat veszi alapul. Ezek közül néhánynak rádió-megfelelője is ismert, s közülük bizonyos mért tulajdonságok (méret, fényesség) alapján lehet elvégezni a kijelölést.

Az egymást kissé átfedő égi mezők a J1616+3621 (lent) és a J1623+3909 (fent) fényes kvazárok körül. A célba vett halványabb kvazárok helyét fekete rombuszok jelölik.

A módszer kipróbálására 2007. március 2-án az Európai VLBI Hálózat nyolc antennájával nyílt lehetőség, 5 GHz-es frekvencián. Az Európában és Kínában levő távcsövek hat órán át figyelték az égbolt két, egyenként 4 fokos átmérőjű mezőjében számukra kijelölt, összesen 26 rádióforrást, no meg a mezők közepén levő kalibrátor kvazárokat. Az interferenciát később Hollandiában, az EVN központjában (Joint Institute for VLBI in Europe) állították elő. A célpontok közül végül 22 bizonyult sikeres detektálásnak. Legtöbbjüknek még sohasem készült ezred ívmásodperces felbontású VLBI rádióképe. Az éppen azokban az irányokban látszó  kvazárok között közelebbiek és távolabbiak is akadtak. Példaképp egyet, a legnagyobb vöröseltolódásút (z=3,38) mutatjuk be. Innen a rádiósugárzás több mint 11,5 milliárd évig utazott, míg elérte teleszkópjainkat.

A J1624+3758 jelű kvazár 5 GHz-es rádióképe. A skálán egy osztás 10 ezred ívmásodpercnek (mas) felel meg, ami a kvazár távolságában kb. 250 fényévet jelent. A színek és kontúrok a fényességet kódolják. Az interferométer irányfüggő felbontását a bal alsó sarokban látható ellipszis jelzi. (Ilyenné "kenődne szét" egy feltételezett tökéletesen pontszerű rádióforrás.) A képen a központi fekete lyuk környezetéből távozó egyik, nagyjából a látóirányunk közelébe eső plazmanyaláb "csomóinak" sugárzása látható, ami relativisztikus hatások miatt felerősödik. (Az ellenkező irányba kilövellő nyaláb hasonló okok miatt annyira elhalványul, hogy nem is vagyunk képesek megfigyelni.)

A mostani megfigyelések – azon túl, hogy igazolták a magas detektálási arányt – más érdekes eredményekkel is szolgáltak egyes kvazárokkal kapcsolatban. A képen látható J1624+3758 például különleges tulajdonságairól volt ismert mind optikai, mind rádiótartományban. Az új mérésekkel sikerült igazolni azt, amit eddig csak sejtettek: ennek a fiatal aktív galaxismagnak a teljes rádiósugárzása mindössze néhány száz fényévnyi méretű térrészből érkezett hozzánk. Az új módszer felgyorsíthatja a további kutatásokat, az égbolt egy részének szisztematikus felmérését. Ennek révén hamarabb épülhet fel egy olyan nagy adatbázis, amelyet kvazárfejlődési, kozmológiai és asztrometriai vizsgálatokra lehet majd használni.

A kutatások itthon az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA) támogatásával folynak. A legújabb eredményekről beszámoló cikk az Astronomy and Astrophysics folyóirat 2008. januári 3. számában jelent meg (szabad hozzáférésű kézirata az arXiv szerverén érhető el).

Linkajánlat:

Hozzászólás

hozzászólás