2015.10.15. - Négy hot dog a mikróban

Különleges és ritka, az infravörös tartományban is csak a hosszabb hullámhosszakon fényes galaxisok magjait vizsgálta egy magyar és kínai csillagászokból álló csoport a rádiótartományban, a lehető legfinomabb felbontással.

Az amerikai kutatók által adott szellemes "hot DOG" rövidítés feloldása: hot dust-obscured galaxies, vagyis forró porba burkolózó galaxisok, amelyek csillagainak sugárzását a látható fényben és a közeli infravörös tartományban a sűrű csillagközi por elnyeli. Fényesek viszont ezek a galaxisok a hosszabb (12 és 22 mikrométeres) hullámhosszú infravörös tartományban. Itt a "forró" - hétköznapi, földi értelemben véve persze igencsak hideg, 100 K körüli hőmérsékletű -, a fényes fiatal csillagok által belülről fűtött por sugárzása dominál. Az egész égbolton mindössze ezer körüli számban találtak ilyen hiperfényes infravörös galaxisokat, amelyek infravörös sugárzási teljesítménye több mint tízbillószorosan (10¹³) meghaladja a Napét. Minden bizonnyal ezek között az objektumok között vannak a Világegyetem legfényesebb galaxisai. 2012-es felfedezésüket az amerikai WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) égtérképező műholdnak köszönhetjük.

További megfigyelések nyomán a hot DOG-okról kiderült, hogy jellemzően tőlünk nagy távolságban találhatók, színképvonalaik vöröseltolódása 2 és 3 közötti. A táguló Univerzum történetében épp ekkor, mintegy 10-11 milliárd éve volt a leghevesebb a galaxisokban a csillagkeletkezés. Ebben az időszakban fénylett a legtöbb aktív galaxismag is. A galaxisok közepén található szupernagy tömegű fekete lyukak a környezetükből némi anyagot nyelnek el, ilyenkor a galaxismag ugyancsak nagy teljesítménnyel képes sugározni, lényegében az elektromágneses spektrum teljes tartományában. A körülöttük levő galaxisban található sűrű por azonban a centrum környezetéből eredő sugárzást is hatékonyan elnyeli, elrejtve így a galaxismagot a műszereink elől. De nem így például a rádiótartományban, mivel a csillagközi por itt átlátszó.

Az aktív galaxismagok egy része rádiósugárzó. Ennek oka a fekete lyuk forgástengelye mentén, két átellenes irányban kilövellő plazmanyaláb (jet). Az erős mágneses térben közel fénysebességgel, spirális pályán mozgó elektromosan töltött részecskék szinkrotronsugárzást bocsátanak ki. A nyaláb aztán kölcsönhatásba lép a környező csillagközi anyaggal, ami ugyancsak rádiósugárzó lökéshullámfrontokat eredményez. A galaxismag környezetéből érkező rádiósugárzás, ha megfelelően finom felbontással vizsgáljuk, egyértelmű bizonyítékul szolgál a mag aktivitására. A szükséges felbontást biztosító megfigyelési technika a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (VLBI), amely egymástól távol levő rádióteleszkópok hálózatának összehangolt mérésein alapul. Így egy akkora méretű képzeletbeli rádiótávcső "állítható össze", mint amekkora a két legtávolabbi hálózati elem távolsága.

A kutatócsoport - Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium) és munkatársai - négy olyan hot DOG-ot választott ki részletes vizsgálatra, amelyeknek előzetesen ismert volt a rádiósugárzása - csak nem volt világos, hogy az honnan ered. A megfigyeléseket 1,7 GHz frekvencián végezték az Európai VLBI Hálózat antennáival, amelyek szélessávú optikai kábelek segítségével valós időben küldték az adatokat a hollandiai központba (Joint Institute for VLBI ERIC). Itt állították elő az interferenciát.

Az Európai VLBI Hálózat (EVN) antennái - nem csak Európában. A megfigyelésekhez használt rádióteleszkópokat - hetet Európában és egyet Kínában - piros körökkel külön megjelöltük.
[JIVE]

Ahol gyors ütemben keletkeznek a nagy tömegű csillagok, ott gyors egymásutánban robbannak a szupernóvák, amelyek táguló maradványaitól szintén származhat rádiósugárzás. Ugyanez igaz a forró csillagok által ionizált hidrogénfelhőkre is. Ha viszont a VLBI technika páratlan felbontásával is sikerül detektálni egy rádióforrást ilyen távoli galaxisokban, az a kis kiterjedése és a nagy teljesítménye alapján csakis a galaxis aktív magjában lehet. A 2014-ben végzett mérések nyomán mind a négy célba vett hot DOG-ról bebizonyosodott, hogy aktív rádiósugárzó maggal rendelkeznek. Ez alátámasztja azt a vélekedést, hogy a hot DOG-ok a galaxisfejlődésnek egy különleges szakaszát képviselik. E szakasz ráadásul rendkívül rövid a galaxis életében, különben nem csak ilyen kevés hot DOG-ot látnánk az égen. Eddig a heves csillagkeletkezés volt rájuk jellemző, de az már nem tart sokáig: elkezd beindulni a mag aktivitása. Ez később negatívan hat majd a csillagkeletkezésre, az aktív mag ugyanis elkezdi "kifújni" a csillagok keletkezéséhez szükséges gázt a galaxis központi vidékeiről.

Az Európai VLBI Hálózattal megfigyelt négy hot DOG közül a legfényesebb, a WISE J1146+4129 jelű galaxismagja nagy felbontással. Jól kivehető a kettős szerkezet. A komponensek közötti távolság az égbolt síkjára vetítve mintegy 1100 fényév. A szerkezet változását kimutató későbbi mérések igazolhatják a gyanút, hogy csillagászati értelemben egy nagyon fiatal (néhány ezer éves) rádiósugárzó aktív galaxismag táguló lebenyeiről van szó.
[Frey és mtsai]

A VLBI nagy felbontásával feltérképezett hot DOG-ok esetében ráadásul arra mutató jelek is vannak, hogy ezek a galaxismagok meglehetősen fiatalok, aktivitásuk csak a közelmúltban kezdődött. Ez további megerősítése annak, hogy egy új korszak kezdetét sikerült elkapni e különleges galaxisok életében.

A VLBI mérések egyik célpontja, a WISE 1814+3412 sokféle hullámsávban az eddig legtüzetesebben vizsgált hot DOG, az ilyen galaxisok egyfajta prototípusa. A más hullámhosszakon el nem érhető finom felbontás révén most kiderült róla, hogy a rádiósugárzó magja két elkülönülő, egymástól közel 17 ezer fényévre levő halvány komponensre bontható. Ezek valószínűleg egy még mindig nem túl idős rádióforrás szimmetrikus lebenyei. Ha a galaxis sűrű csillagközi anyagán át utat törve tovább távolodnak a központi fekete lyuktól, egyszer talán egy nagy rádiógalaxis válhat ebből az objektumból. Addigra azonban a most még heves csillagkeletkezési aktivitás már alábbhagy. Egy másik lehetőség, hogy egy kettős aktív galaxismagot látunk. Ez sem volna meglepő, hiszen tudjuk, hogy a nagy galaxisok fejlődésük során kisebbek egyesülésével jöttek létre. Ilyen esetekben pedig a korábban két különálló galaxis magja is közel kerül egymáshoz, majd idővel a fekete lyukak összeolvadnak. A két lehetséges magyarázat közt további mérésekkel lehet majd megalapozottan dönteni.

A WISE 1814+3412 kettős szerkezete. A detektált két kompakt rádióforrás meglehetősen halvány, a kontúrvonalak közül az első a háromszoros, a második pedig a hatszoros zajszintnek felel meg a térképen. A képen áthúzódó szabályos mintázat az egymástól távol elhelyezkedő antennákból álló VLBI hálózat nem tökéletes leképezéséből adódik.
[Frey és mtsai]

Nem csak a (bulvár)sajtóban, de a tudományos szakirodalomban is előfordulnak néha figyelemfelkeltő cikkcímek. Ezeken talán jobban megakad a szeme a folyóirat tartalomjegyzékét böngésző olvasónak. A hot DOG rövidítés szinte tálcán kínálta a lehetőséget. A kutatás eredményéről beszámoló közleményt a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóirat fogadta el közlésre, címe "Four hot DOGs in the microwave". A cikk bárki számára hozzáférhető változata már olvasható az arXiv szerverén. A kutatómunkát többek közt a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (OTKA NN110333), az Európai Bizottság (RadioNet3), valamint a Kínai Tudományos Akadémia kutatócsere programja támogatta.

Forrás:

• arXiv:1510.04179 [astro-ph.GA]