2017.04.28. - Blazárok vagy sem?

Három magyar kutató részvételével négy különleges rádiósugárzó aktív galaxismagot figyeltek meg nagyfelbontású rádióinterferométeres módszerrel. Kettő közülük egész másnak bizonyult, mint amire számítottak!

Az aktív galaxismagok közepén egy akár több milliárdnyi naptömegű fekete lyuk található, amely anyagot fog be a környezetéből. Bizonyos esetekben ennek az anyagnak egy része a fekete lyuk forgástengelye mentén kidobódik. Az erős mágneses térben a fényéhez közeli sebességre felgyorsított, elektromosan töltött részecskékből álló plazmanyaláb (jet) szinkrotronsugárzást bocsát ki. A hatalmas teljesítménnyel sugárzó aktív galaxismagokat érzékeny földi rádiótávcsövekkel is detektálhatjuk, méghozzá akár óriási távolságokból: az ebben a hírben szereplő négy objektum színképvonalainak vöröseltolódása meghaladja a 4-et, vagyis fényük több mint 12 milliárd éven át utazott hozzánk (a táguló Világegyetem korát nem egészen 14 milliárd évesre becsüljük).

Minél közelebb mutat a látóirányunkhoz a szimmetrikus plazmanyalábpár egyik oldala, sugárzása annál inkább felerősödik, a relativisztikus nyalábolás jelensége miatt. Blazároknak nevezik azokat a rádiósugárzó aktív galaxismagokat, ahol a jet és a látóirány által bezárt szög kicsi, csupán néhány fokos. Az Univerzum távoli szegleteiből elsősorban ezeknek a különleges helyzetű objektumoknak a detektálását várjuk, hiszen a nyalábolás miatt fényesebbnek tűnnek, mint azok a társaik, amelyeknél a jet más térbeli irányban helyezkedik el.

Fantáziarajz egy rádiósugárzó aktív galaxismagról. A blazárok esetében a rendszerre közel az egyik plazmanyaláb irányából látunk.
[W. Steffen / COSMOVISION]

A plazmanyalábokból nem csak rádiósugárzás érkezik hozzánk. A fényéhez közeli sebességgel mozgó elektronok kölcsönhatásba lépnek a környező fotonokkal, azoknak energiát átadva, s ezáltal nagyenergiájú röntgen- vagy akár gamma-sugárzást keltve. Ez az ún. inverz Compton-hatás. A blazárok által kisugárzott teljesítményt az elektromágneses hullámok frekvenciája függvényében ábrázolva jellegzetes, kettős "púpot" mutató görbét kapunk; az egyik csúcsért a szinkrotronsugárzás, a másikért az inverz Compon-hatás a felelős. Épp ilyen alapon, új röntgenmérések bevonásával azonosítottak nemrég új, távoli blazárjelölteket. Közülük négyet - amelyekről eddig még nem álltak rendelkezésre nagyfelbontású rádióképek - választott célpontjául egy kínai és magyar csillagászokból álló csoport.

A négy célpont blazár mivoltáról akkor lehet közvetlenül is megbizonyosodni, ha a nagyon hosszú bázisvonalú rádió-interferométeres (VLBI) technikával készült képeik alapján valóban igen kompaktnak bizonyulnak. A kutatócsoport e célra az Európai VLBI Hálózat (EVN) antennáit használta, amelyek együttes, összehangolt alkalmazásával az ívmásodperc ezredrészének megfelelő finom szögfelbontást is el tudnak érni. A 2015 és 2016 folyamán két frekvencián (1,7 és 5 GHz) végzett mérésekben európai, kínai és dél-afrikai rádióteleszkópok működtek együtt.

Az egyik, a J2134-0419 jelű objektum egyértelműen blazárnak bizonyult. A VLBI képeken látható jellegzetes kompakt "mag" valójában a plazmanyalábnak az a belső része, aminél mélyebbre az adott frekvencián nem pillanthatunk be. Az egyik irányba elnyúló kiterjedt szerkezet pedig a jet belső részének vetülete az égbolt síkjára. A jet másik, tőlünk távolodó felét azért nem detektálhatjuk, mert annak a sugárzása épp olyan nagy mértékben halványodik el, amennyire a felénk közeledő oldali nyaláb esetében felerősödik.

Két frekvencián készült VLBI képek a J2134-0419 jelű blazárról, rajta a kompakt "maggal" és az egyik irányban látszó jettel.
[Cao et al. 2017]

A második célpont (J0839+5112) szintén kevés meglepetéssel szolgált, bár a mérések tanúsága szerint a jet látószöge a blazárokra jellemző néhány fokos értéknél bizonyosan nagyobbnak tűnik. Annál izgalmasabb volt a fennmaradó két blazárjelölt (J1420+1205 és J2220+0025), amelyek az EVN mérések alapján egyáltalán nem bizonyultak blazároknak! Ehelyett olyan rádiósugárzó aktív galaxismagokról van szó, amelyek esetében a jet iránya sokkal távolabb esik a látóiránytól, közelebb az égbolt síkjához. Így kevésbé fényes és kompakt magot látunk, a rádiószerkezet kiterjedtebb.

A bal oldali ábra a J2220+0025 forrás rádiószerkezetét mutatja nagyobb, néhány ívmásodperces szögskálán, 1,4 GHz frekvencián. A keresztek a közeli 1,7 GHz-en, a majdnem három nagyságrenddel finomabb felbontást nyújtó VLBI technikával is detektált halvány komponensek (C, SE) helyét jelölik. A C jelű, egyébként a galaxismag optikai pozíciójával egybeeső komponenst 5 GHz-en is sikerült megfigyelni az EVN-nel - ez nem emlékeztet a blazárok fényes, kompakt magjára.
[Hodge et al. 2011, Cao et al. 2017]

Ahhoz, hogy többet tudjanak meg a blazárokra nem jellemző és ezért "blazárjelöltehez" nem illő tulajdonságokkal rendelkező J1420+1205 és J2220+0025 aktív galaxismagokról, a kutatók további méréseket kezdeményeztek. Egyelőre megválaszolatlan a kérdés, hogy ezekben az objektumokban pontosan honnan és milyen fizikai folyamatból ered a röntgensugárzás, ami a megszólalásig (jobban mondva a nagyfelbontású rádiótérképezésig) a blazárokra emlékezteti azokat. A válasznak néhány blazár pontos azonosításán túlmenő jelentősége is lenne. Ma még nagyon keveset tudunk arról, hogyan alakultak ki az Univerzum korának hajnalán az aktív galaxismagok, hogyan álltak össze ilyen gyorsan a szupernagy tömegű fekete lyukak, volt-e meghatározó szerepe ebben a jeteknek. Az egyelőre még nagyon kevés ismert távoli rádiósugárzó aktív galaxismag működésének megértése közelebb vezethet a megoldáshoz.

A magyarországi résztvevők munkáját a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (OTKA NN110333) és Kínai Tudományos Akadémia kutatócsere-programja támogatta.

Az eredményeket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• csillagaszat.hu 2017.04.25.