Mi lehet az NGC 404 törpegalaxis közepén?

177

A címben feltett kérdésre kereste a választ egy magyar vezetésű kutatócsoport, egyidejű rádióinterferométeres és röntgenmérésekkel. Mit tudhatunk meg abból, ha nem látunk semmit?

Az NGC 404 egy a Lokális Csoporton csupán alig valamivel túl, tőlünk mintegy 10 millió fényévre található törpegalaxis. Érdekessége, hogy benne jelentős mennyiségű atomos hidrogént fedeztek fel, aminek az eredete feltehetően kb. egymillárd évvel ezelőtt bekövetkezett galaxis-összeolvadásokra vezethető vissza. A hidrogén gáz többsége egy tórusz alakú térrészben, a középponttól 3-16 ezer fényév közötti távolságban figyelhető meg, s csillagkeletkezés is zajlik ott. Még beljebb, a legbelső 30 fényéves tartományban egy tízmilló naptömegnyi csillaghalmaz is van, ami a csillagászati értelemben vett közelmúlt terméke. A feltételezések szerint a halmaz közepén pedig egy néhány százezer naptömeggel egyenértékű fekete lyuk található. Ez utóbbinak igyekezett utánajárni a kutatócsoport, új eszközöket is bevetve.

ngc404-hubble
Az NGC 404 lentikuláris törpegalaxis a Hubble-űrtávcsővel készített felvételen. A kép oldalainak mérete kb. másfél ívperc. (Kép: NASA / STScI)

A megfigyelések alapján úgy fest, hogy minden nagyobb galaxis közepén rejtőzik egy ún. szupernagytömegű fekete lyuk. Ezek nagyságrendileg milliónyi-milliárdnyi naptömeget olvasztanak magukba. Nagyobb galaxishoz általában nagyobb, kisebbhez kisebb központi fekete lyuk dukál. Feltételezhető, hogy a galaxisok kialakulása, kisebb galaxisok nagyobbá való egyesülése egyúttal a magjaik összeolvadásával is jár. Ha a folyamatot időben visszafelé próbáljuk követni, akkor eljutunk százszámra előforduló kisebb, ősi galaxisokhoz és magjaikhoz, amelyekből aztán a későbbi nagyobbak összeálltak. Nagy kérdés, hogy az univerzum történetének elején hogyan és mikor jöttek létre ezek a néhány száz vagy akár néhány százezernyi naptömegű fekete lyukak. Az időben visszatekintve egyúttal nagyon messze is kell néznünk, és bármennyire érzékenyek is legyenek a műszereink, ekkora távolságokban mégis csak a legfényesebb galaxisokat és galaxismagokat tudjuk még vizsgálni, a törpéket nem. S valóban, a legtávolabbi ismert aktív galaxismagokban (z=6-7 vöröseltolódás környékén) már milliárdnyi naptömegűre híztak a központi fekete lyukak.

Viszonylag kevés nagy (százezernyi naptömeggel egyenértékű, vagyis még nem “szupernagy”) fekete lyukat tartalmazó galaxist ismerünk. A jelöltek egyike az NGC 404. Előnyös tulajdonsága, hogy többé-kevésbé nyugodt sorsa lehetett, fejlődése során nem kebelezte be egy nála sokkal nagyobb közeli galaxis. Ezért megőrizhetett valamit az ősi törpegalaxisok tulajdonságaiból. Az NGC 404 magja aktív, bár luminozitása viszonylag alacsony. A fekete lyukak aktivitásának “üzemanyaga” a környezetükből befogott gáz. Ez forgó akkréciós korongot formál, amelynek belső része felforrósodik. Az anyag egy része a mágneses térben relativisztikus sebességre gyorsuló plazma formájában elhagyja a rendszert, kétoldali kiáramlásokat (jeteket) hozva létre. A komplex fizikai folyamatok révén röntgen- és rádiósugárzás keletkezik. Érdekes megfigyelési tény, hogy e két hullámsávban kisugárzott teljesítmény, valamint a központi fekete lyuk tömege bizonyos körülmények között egy olyan univerzális összefüggést mutat, amely egyaránt érvényes a leghatalmasabb fekete lyukaktól kezdve egészen a legkisebb, csillagtömegű példányokra is. Ez utóbbiak például a saját galaxisunkban is előfordulnak, csillagkísérőjüktől szipkáznak el anyagot. Az összefüggés pedig módot ad arra, hogy ha az aktív magból érkező röntgen- és rádiósugárzást egyidejűleg megfigyeljük, akkor ebből becslést adjunk a fekete lyuk tömegére.

A rádiótartományban bonyolítja a helyzetet, hogy nem csak az aktív mag közvetlen közeléből érkezhet a sugárzás, hanem az anyagalaxis nagyobb térrészéből, például a jelenleg is folyó csillagkeletkezéssel együtt járó szupernóva-maradványokból. Hogy szűkíteni lehessen a kört, a legjobb felbontóképességgel rendelkező VLBI (nagyon hosszú bázisvonalú interferometriás) technikát célszerű használni. Itt több, egymástól igen távol, akár különböző kontinenseken elhelyezett rádiótávcsövek együttes méréseit kombinálják, hogy a Föld méretét megközelítő képzeletbeli rádióteleszkópot állítsanak belőlük össze. Az NGC 404 megfigyeléséhez az Európai VLBI Hálózat (EVN) 12 állomását használták, Angliától Svédországon és Oroszországon át egészen Kínáig. Köztük volt a hollandiai Westerbork rádióteleszkóp-rendszer is, amelynek az adataiból önmagában is elő lehetett állítani a rádióforrás térképét – igaz, a VLBI technikáénál sokkal gyengébb felbontással.

ngc404-wsrt
Az NGC 404 rádióképe a westerborki antennarendszerrel, 1,6 GHz frekvencián. Az oldalak mérete kb. 8 ívperc.

Míg a kb. 20 ívmásodperces felbontású westerborki adatok alapján jól látható az NGC 404 központi rádióforrása, addig az EVN mérései alapján, ennél mintegy kétezerszer finomabb skálán már nem sikerült detektálni. Ez egy elég szigorú felső határt ad az aktív galaxismag rádiósugárzásának teljesítményére. Ennek alapján úgy tűnik, hogy az NGC 404 esetében inkább térben kiterjedt forrásokból érkezik hozzánk a rádiósugárzás. Pontosan az EVN mérések napján, 2013. június 4-én sikerült a NASA Chandra-űrtávcsövével röntgentartományban is megfigyelni az NGC 404-et. Bár korábbi röntgenadatok már rendelkezésre álltak, a megbízható számításokhoz szükséges, hogy a rádió- és röntgenmérések lehetőleg kis időeltéréssel történjenek, az aktív galaxismagok ugyanis gyors fényességváltozásokat mutathatnak. Az NGC 404 esetében erre utaló jel mindenesetre nem volt.

ngc404-chandra
Az NGC 404, ahogy a Chandra röntgencsillagászati űrtávcső “látta”. Az északi irányba mutató nyíl hossza 2 ívmásodperc. A szaggatott kör a rádióforrás pozícióját jelöli, 1,1 ívmásodperces sugara a Chandra pozíciós bizonytalanságának felel meg. A rádió- és röntgenforrás helye a hibahatáron belül megegyezik.

A koordinált mérések alapján megállapítható, hogy az NGC 404 közepén, ha van is egy nagytömegű fekete lyuk, az kisebb kb. 300 ezer naptömegnél. Egy sikeres VLBI detektálás egyértelműen igazolta volna a nagytömegű feket lyuk létezését, de egy “kis étvágyú” és ezért halvány példány előfordulása még így sincs teljesen kizárva. További, közepes felbontású rádióinterferométeres mérésekkel lehetne kideríteni, hogy pontosan mi az eredete a westerborki rádiótérképen még látható emissziónak. Lehetnek ott szupernóva-maradványok, vagy az NGC 404 galaxis középső vidékén levő rádiósugárzó aktív kettőscsillag-rendszerek, esetleg egy halvány aktív galaxismagból kiáramló, kiterjedt jet és plazmanyaláb.

A megfigyeléseket végző és értelmező hattagú kutatócsoport fele magyar csillagászokból állt. Az Astrophysical Journal című folyóiratban közlésre elfogadott publikáció vezető szerzője Paragi Zsolt (Joint Institute for VLBI in Europe, Hollandia). Társszerzői közt található Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium) és Cseh Dávid (Radboud Egyetem, Nijmegen, Hollandia). Munkájukat az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA K104539) is támogatta.

Forrás: arXiv.org:1406.4752

Hozzászólás

hozzászólás