Nowy polski katalog źródeł radiowych zidentyfikowanych z optycznymi galaktykami

Jak małe i młode radioźródła rozwijają się w ogromne struktury? Czy każde z nich ma szansę urosnąć do naprawdę olbrzymich rozmiarów? A jeśli nie, to jaki wpływ na ich obserwowany wygląd ma moc centralnego źródła AGN, ośrodek, w którym obiekty te się rozwijają, a jaki ich obserwowane ustawienie względem nas? Czy aktywność radiogalaktyk może być też zaobserwowana w innych zakresach widma elektromagnetycznego? Aby można było odpowiedzieć na te oraz wiele innych pytań, potrzeba badań statystycznych opartych na dużych katalogach dobrze zidentyfikowanych i sklasyfikowanych radioźródeł. Jedną z największych takich próbek jest katalog ROGUE I, utworzony i opublikowany przez badaczki z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Nawet w dobie przeglądów radiowych nieba o wysokiej czułości i rozdzielczości klasyfikacja emisji radiowej dochodzącej do nas z pozagalaktycznych źródeł nie jest łatwym zadaniem. Pod tym względem niektóre obiekty radiowe mogą być prawdziwymi łobuzami.

Przede wszystkim, ta emisja radiowa pochodząca z pozagalaktycznych źródeł przybiera różne formy. Uważny obserwator może rozpoznać w nich na przykład zwarte jądro (centrum) radiowe, znajdujące się w pozycji na niebie zgodnej ze współrzędnymi galaktyki macierzystej takiego radioźródła, obserwowanej często także w zakresie światła widzialnego. Dość często widać też wąskie dżety zakończone gorącymi plamami, a jeszcze częściej można zaobserwować rozproszoną, rozległą emisję radiogalaktyki związaną z tak zwanymi płatami (lobami) radiowymi. Mówimy wówczas o radioźródłach (radiogalaktykach) typu FR II (Faranoff-Riley typ II). Rozciągła emisja radiowa może też rozchodzić się w obie strony od centrum galaktyki aktywnej w formie słabiej widocznych i zwykle rozmywających się na końcach pióropuszy. Mówi się wtedy o radioźródłach typu Faranoff-Riley I (FR I).

Na ilustracji: Mapa radiowa Cygnus A – radioźródła typu FR II. Jądro radiowe, znajdujące się w centrum niezbyt odległej od nas galaktyki, jest stowarzyszone z supermasywną czarną dziurą. Emitowane są z niego w przeciwnych kierunkach dżety złożone z naładowanych, relatywistycznych cząstek, zakończone gorącymi plamami. Materia gorących plam po zderzeniu z ośrodkiem międzygalaktycznym dyfunduje w kierunku centrum obiektu, tworząc olbrzymie, ekspandujące płaty radiowe. Rozmiar całej struktury Cygnus A to około 400 tysięcy lat świetlnych. Źródło: Very Large Array/NRAO.

Na ilustracji: Mapa radiowa radioźródła typu FR I – 3C 31. Wyraźnie widoczne jest charakterystyczne rozmycie i pociemnienie brzegowe obszarów rozciągłej emisji radiowej (pióropuszy) w dużej odległości od centrum obiektu. Źródło: NRAO/AUI.

Klasyfikacja ta jest jednak wyidealizowana i w dużej mierze już historyczna. Oba powyższe typy radiogalaktyk o tak zwanej klasycznej morfologii Faranoff-Riley stanowią w rzeczywistości tylko ułamek wszystkich radioźródeł pozagalaktycznych. W przypadku niektórych źródeł galaktyczne dżety zaczynają na przykład uginać się w niewielkiej odległości od centrum obiektu, tworząc silnie zdeformowaną strukturę w kształcie podkowy. Dżety są wówczas nachylone względem siebie pod rozwartym i ostrym kątem. W innych źródłach widzimy z kolei dwie pary płatów radiowych nachylonych względem siebie tak, że tworzą strukturę w kształcie litery X. Jeszcze inne obserwowane struktury radiowe mają tak skomplikowane kształty, że bardzo trudno jest powiedzieć, czy odpowiadają one jednemu źródłu, czy może dwóm zupełnie niezależnym i niezwiązanym fizyczne obiektom nałożonym na siebie w efekcie rzutowania na sferę niebieską, które w rzeczywistości dzielą setki lat świetlnych.

Z astronomicznego punktu widzenia istotna jest zarówno klasyfikacja struktury radiowej, jak i jej identyfikacja z galaktyką macierzystą wykrytą na obrazach w zakresach optycznym lub podczerwonym. Dzięki temu mamy możliwość określenia odległości do radioźródła i zmierzenia jego podstawowych parametrów astrofizycznych, takich jak jasność czy wielkość. Znając te wielkości możemy z kolei dokładniej badać zachodzące w radioźródłach procesy fizyczne.

Pierwsza część katalogu ROGUE opracowanego przez zespół z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego zawiera źródła radiowe zidentyfikowane z tymi galaktykami macierzystymi, dla których dostępne są wysokiej jakości widma optyczne z przeglądu SDSS. Katalog skonstruowano z wykorzystaniem danych radiowych na częstotliwości 1,4 GHz, zebranych z różnymi czułościami i zdolnościami rozdzielczymi w ramach dużych radiowych przeglądów nieba NVSS i FIRST. Umożliwiło to wykrycie i prawidłowe rozpoznanie zarówno rozległych płatów radiowych, jak i kompaktowych obszarów centralnych radiogalaktyk, związanych z ich galaktykami macierzystymi obserwowanymi w świetle widzialnym.

Wszystkie z 32616 źródeł skatalogowanych w projekcie ROGUE I mają wyznaczone współrzędne na niebie, jasności, przesunięcia ku czerwieni oraz typy morfologiczne galaktyk macierzystych. Przypisano im także morfologie i jasności stowarzyszonej z nimi struktury radiowej. Sprawia to, że katalog ROGUE I jest obecnie największą i najbardziej kompletną próbką takich obiektów.

Statystyki źródeł z katalogu ROGUE I świadczą o tym, że większość źródeł radiowych wykrytych w dużych przeglądach nieba ma zwartą morfologię radiową (aż 90%). Oznacza to, że tylko niewielka część z nich rozwija się w duże struktury radiowe. Natomiast wśród wszystkich rozciągłych źródeł radiowych najliczniejszą grupę obiektów stanowią te z klasycznymi morfologiami radiowymi (około 50%). Znaczącą próbkę tworzą także tak zwane radioźródła gigantyczne – o rozmiarach liniowych całej struktury radiowej większych niż 0,7 Mpc, jak również źródła radiowe w kształcie litery X, litery Z i podwójne. Większość źródeł radiowych z katalogu ma galaktyki macierzyste wczesnego typu, głównie eliptyczne. W katalogu występują również galaktyki gwiazdotwórcze, przy czym sposoby odróżnienia aktywnych jąder radiowych od galaktyk gwiazdotwórczych zaproponowano w osobnym artykule (Kozieł-Wierzbowska i in. 2021). [tu link]

Osobnym wnioskiem z prezentowanych badań jest to, że ręczna identyfikacja i klasyfikacja radiogalaktyk jest pracochłonna i czasochłonna. W przypadku przyszłych katalogów opartych na jeszcze głębszych radiowych przeglądach nieba (takich jak LOFAR lub SKA) ta praca nie będzie możliwa, chyba że stanie się obywatelskim projektem naukowym (ang. Citizen Science), w którym uczestniczą tysiące osób. Katalog ROGUE I może też służyć jako zestaw szkoleniowy do automatycznej klasyfikacji galaktyk optycznych i źródeł radiowych.

Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej i Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Badania były finansowane przez Narodowe Centrum Nauki.

Czytaj więcej: