Látszólag a fénynél tízszer gyorsabban

436

Magyar kutatók határozták meg először egy nagyon távoli kvazár belső anyagkifúvásának sebességét, egy három kontinensre kiterjedő rádióteleszkóp-hálózat segítségével.

J1026+2542. A koordinátái után kapott hagyományos neve alapján akár unalmasnak is tűnhetne ez a kvazár. Színképvonalainak óriási vöröseltolódása (5,266), valamint erős rádiósugárzása azonban kiemeli a többiek közül. Ráadásul ha nagyon hosszú bázisvonalú rádió-interferométeres (VLBI) technikával figyelik meg, akkor a távoli galaxis központjában található szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéből kiinduló plazmakifúvás (jet) látványos, összetett képet mutat. A J1026+2542 jelű kvazárról először 2006-ban készült ilyen VLBI rádiókép, az amerikai VLBA antennahálózattal. Tavaly – változásokat keresve – ezt a mérést ismételte meg egy három magyar csillagászt felvonultató kutatócsoport, ezúttal az Európai VLBI Hálózat (EVN) rádióteleszkópjait használva. Ezek között az európaiakon kívül Oroszország ázsiai területén, Kínában és Dél-Afrikában fekvő rádiótávcsövek is szerepeltek.

 

20141215_J1026-5GHz
A J1026+2542 jelű távoli kvazár rádióképe az Európai VLBI Hálózattal 5 GHz frekvencián készült, 2013-ban. A jet szerkezetében bekövetkezett változásokat sikerült összehasonlítani egy ugyancsak 5 GHz-en végzett 2006-os megfigyelés eredményeivel. A szögtávolságok ezred-ívmásodpercben (mas) vannak feltüntetve. A vízszintes tengelyről a fényességi csúcshoz képest mért relatív rektaszcenzió, a függőlegesről a deklináció olvasható le. A kvazár távolságában 1 mas mintegy 20 fényévnek felel meg.

 

E kvazár vizsgálatával igencsak messze tekinthetünk vissza a múltba, hiszen a most felfogott fénye és rádiósugárzása akkor indult felénk, amikor a ma majdnem 14 milliárd éves univerzum még alig múlt 1 milliárd.

Miért érdekes az ilyen távoli kvazárok megfigyelése? Egyrészt fizikai tulajdonságaik meghatározásával lehetővé válik összehasonlításuk jóval későbbi korok kvazárjaival, amiből információt kaphatunk az aktív galaxismagok fejlődéséről és keletkezéséről a világegyetem története során. Másrészt ezek a hatalmas teljesítménnyel sugárzó, ezért nagy távolságból is feltűnő objektumok egyfajta “próbatestek” is, amelyek megfigyelhető tulajdonságain ott a lenyomata az univerzum szerkezetére és tágulására vonatkozó kozmológiai modellnek.

A rádiósugárzó kvazárokból kiáramló jet közel fénysebességgel mozgó, elektromosan töltött részecskékből áll. Ezek a mágneses tér erővonalai mentén kifelé spirálozva szinkrotronsugárzást bocsátanak ki, amit a földi rádiótávcsövekkel is észlelni tudunk. A VLBI technika biztosítja a csillagászatban elérhető legfinomabb szögfelbontást, amire szükség is van a jet komponenseinek (plazmacsomóinak) azonosításához. A VLBI mérések alapján egyrészt megállapítható a jet legbelső tartományának mérete és fényessége. Másrészt több időpontban történő megfigyelések alapján meghatározható a komponensek látszó elmozdulása. Ezekből következtetni lehet arra, hogy a jetben milyen sebességre gyorsult fel az anyag, és a kiáramlás iránya mekkora szöget zár be a látóirányunkkal. A J1026+2542 esetében ez utóbbira kevesebb mint 5 fok adódott, ami azt jelenti, hogy a jet majdnem pontosan felénk mutat. Valójában emiatt is látjuk ilyen feltűnőnek, hiszen a Doppler-nyalábolás jelensége folytán számottevően felerősödik a fényessége. (Ennek épp az ellenkezője igaz a VLBI térképen kivehető jet átellenes irányú párjára, ami az érzékelhetőség határa alá halványodik.)

 

20141215_J1026-1.7GHz
A J1026+2542 kvazár alacsonyabb, 1,7 GHz frekvencián. Ugyanannak a VLBI hálózatnak a felbontása – amit a bal alsó sarokban látható ellipszis jelképez – itt gyengébb, mert az arányos a rádiósugárzás hullámhosszával. Ezen a képen a jobbra (nyugat-északnyugati irányba) mutató, a valóságban majdnem pontosan felénk irányuló jet jóval kiterjedtebbnek tűnik, mint az 5 GHz-es képen. Ennek oka elsősorban az, hogy az anyagkiáramlás külső részéből érkező rádiósugárzás intenzitása erősen frekvenciafüggő: alacsonyabb frekvencián fényesebb a jet.

 

A J1026+2542 jelű kvazár röntgentartományban is megfigyelhető. A röntgenmérések alapján egy másik kutatócsoport – a rádiós VLBI-től független módszerrel – ugyancsak megbecsülte a jet látóirányát és a plazma sebességére jellemző Lorentz-faktort, hasonló eredményekre jutva.

A relativisztikus nyalábolásnak egy első hallásra furcsa következménye, hogy a jet komponensei látszólag a fényénél is nagyobb sebességgel mozdulnak el az égen. A “szuperfénysebességű” mozgás egy az 1970-es évek óta ismert jelenség. Nincs ellentmondásban a speciális relativitáselmélettel, ami szerint semmi sem mozoghat a fénynél nagyobb sebességgel. A jelenséget épp az okozza, hogy a jet komponensei a fényét majdnem elérő sebességgel mozognak, közel a megfigyelő irányába.

A 7,33 év időkülönbséggel készült 5 GHz-es VLBI térképek segítségével a J1026+2542 esetében most először sikerült megmérni egy 5-nél nagyobb vöröseltolódású kvazárban a jet látszó sebességét. Három jól azonosítható komponens esetén is a fénysebesség tízszeresét meghaladó érték adódott. Az ilyen mérés nem csak azért nehéz, mert ekkora vöröseltolódásnál már nagyon kevés, megfelelően fényes és kiterjedt jettel rendelkező kvazárt ismerünk. A munkát a világegyetem tágulása sem segíti: az idődilatáció miatt a Földön és a kvazárral együtt mozgó rendszerben eltérően járnak az órák. Így “nálunk” elég sokat kell várakozni az ottani elmozdulások megbízható detektálása érdekében. Amilyen változást mi a VLBI hálózatainkkal a Földön 7,33 év alatt mérünk, az a J1026+2542 vonatkoztatási rendszerében alig 1,2 évnyi idő alatt zajlott le.

A most vizsgált nagy vöröseltolódású kvazár belső rádiószerkezetének komponenseire adódó sajátmozgások összevethetők a hozzánk közelebbi kvazárok esetén mért, a szakirodalomban publikált értékekkel. Megállapítható, hogy a látszó sajátmozgás a J1026+2542 esetén viszonylag kicsi. Ez pedig összhangban van azzal, amit a kozmológiai modelltől, az idődilatáció hatásától várunk.

Az eredményeket részletező publikáció a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című folyóirat 2015. januári 3. számában jelenik meg, már elérhető a folyóirat honlapján.

Szerzői Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium), Paragi Zsolt (JIVE, Hollandia), Fogasy Judit (Onsala Space Observatory, Svédország) és Leonid Gurvits (JIVE és Delfti Műszaki Egyetem, Hollandia). Munkájukat az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA K104539) támogatásával végezték. A cikk szabadon hozzáférhető változata az arXiv adatbázisában olvasható.

Hozzászólás

hozzászólás