OAUJ: Zwarte radiogalaktyki badane na różnych długościach fal

Zwarte galaktyki radiowe (ang. Compact Radio Galaxies) stanowią szczególnie interesującą klasę galaktyk aktywnych (AGN, Active Galactic Nuclei) – z nowo powstałymi strukturami radiowymi (dżetami i płatami) w całości zawartymi jeszcze w ich tzw. „gospodarzach” – czyli macierzystych galaktykach obserwowanych optycznie. Dzięki temu dają naukowcom wiele informacji na temat procesów, które prowadzą do powstawania relatywistycznych dżetów w AGN-ach, i zapewniają unikalny wgląd w złożoną dynamikę sprzężenia zwrotnego między ewoluującymi supermasywnymi czarnymi dziurami a ośrodkiem międzygwiazdowym. Grupa badawcza kierowana przez naukowców z Obserwatorium Astronomicznego UJ opublikowała nową pracę opisującą właściwości próbki złożonej z 29 galaktyk tego typu, obserwowanych w podczerwieni i w zakresie fal rentgenowskich.

Galaktyki radiowe (radiogalaktyki) to fascynujące obiekty, które od wielu lat wprawiają astronomów w zakłopotanie. Emitują niezwykle duże ilości energii na częstotliwościach radiowych, a dodatkowo wyrzucają w Kosmos rozległe strumienie materii (dżety) poruszające się z prędkościami bliskimi prędkości światła. Dżety są wystrzeliwane wprost z ich aktywnych centrów.

Niegdyś sądzono, że istnienie dżetów radiowych nie jest zgodne z fundamentalnymi prawami fizyki, zgodnie z którymi nic nie może poruszać się szybciej niż światło w próżni. Obecnie wiadomo jednak, że dżety tylko pozornie poruszają się szybciej niż światło – ze względu na swoją orientację geometryczną. Jednak pełna wiedza o tym, w jaki sposób powstają i utrzymują się te struktury, pozostaje wciąż nieuchwytna.

Międzynarodowa grupa badawcza kierowana przez naukowców z Obserwatorium Astronomicznego UJ opublikowała nową pracę opisującą właściwości próbki złożonej z 29 galaktyk typu zwartego (CSO), obserwowanych zarówno w podczerwieni, jak i w zakresie fal rentgenowskich. Naukowcy skupili się na badaniu właściwości najbardziej zwartych radiogalaktyk w średniej podczerwieni (MIR, ang. mid infrared).

Zwarta radiogalaktyka CSO, PKS 1718-649. Źródło: Tingay, de Kool (2003).

Na ilustracji: Zwarta radiogalaktyka CSO, PKS 1718-649. Źródło: Tingay, de Kool (2003).

Badana próbka składała się z galaktyk posiadających płaty radiowe o długościach mniejszych niż 1 kpc. Rozmiary te wyznaczono na podstawie oceny danych niskorozdzielczych, dostarczanych astronomom przez satelity WISE i IRAS. Źródła te na bazie radiowych obserwacji spektroskopowych sklasyfikowano jako „źródła widma szczytowego na częstotliwościach gigahertzowych” (ang. GHz-peaked spectrum, GPS). Ale pod względem morfologii radiowej, badanej przy użyciu interferometrów radiowych o wysokiej rozdzielczości, sklasyfikowano je również jako kompaktowe obiekty symetryczne (ang. CSO). Z kolei ocena zdjęć zebranych w dziedzinie optycznej sugeruje, że widzialnymi centrami analizowanych obiektów typu GPS/CSO są głównie czerwone i żółte galaktyki eliptyczne, z kilkoma przypadkami wykazującymi nieco zniekształconą morfologię galaktyczną lub oznaki dawnej interakcji pomiędzy kilkoma galaktykami.

Na bazie badań jasności w średniej podczerwieni odkryto różne barwy galaktyk widocznych w danych WISE, co może sugerować, że na całkowite jasności badanych galaktyk składa się nie tylko duża ilość pyłu otaczającego ich aktywne centra, ale i sam ośrodek międzygwiazdowy ich galaktyk macierzystych, a w kilku przypadkach również nietermiczna emisja pochodząca ze zwartych dżetów i płatów radiowych. Prezentuje to Rysunek 2. Stwierdzono ponadto, że młode galaktyki radiowe z emisją w zakresie średniej podczerwieni zdominowaną przez wkład pochodzący od ośrodka międzygwiazdowego zapełniają prawie równomiernie cały obszar zajmowany przez galaktyki (od eliptycznych do galaktyk typu starburst), z szerokim zakresem wyraźnej aktywności gwiazdotwórczej.

Zastosowanie dwuwymiarowego testu Kołmogorowa-Smirnowa, porównującego pod względem statystycznych właściwości tę konkretną próbkę galaktyk z innymi, bardziej wyewoluowanymi galaktykami, pozwoliło na wyciągnięcie ważnych wniosków:

proces wyzwalania produkcji dżetów radiowych w AGN-ach zdaje się nie rozróżniać galaktyk eliptycznych z zasadniczo różniącymi się frakcjami młodych gwiazd,
cykle aktywności dżetowej, a nie sama emisja dżetów, związane są z tempem formowania się gwiazd w galaktyce macierzystej. W radiogalaktykach z większą ilością młodych gwiazd są one zazwyczaj krótkotrwałe (dżety nie istnieją tam wystarczająco długo, aby utworzyć rozległą strukturę typu FR-II), lub charakteryzują się silnie modulowaną/nawracającą aktywnością produkcji dżetów.

Zespół zbadał też emisję w promieniowania gamma (dane ze słynnego teleskopu Fermi-LAT) dla dwóch badanych źródeł, 1146-596 i 1718-649. To dwa najbliższe pod względem odległości źródła w próbce i zarazem jedyne obiekty CSO wykrywane na częstotliwościach gamma. Zespół doszedł do wniosku, że poziom wykrytej emisji gamma wynika wprost z aktywności dżetowej i nie może być jedynie rezultatem aktywności związanej z formowaniem się gwiazd w tych galaktykach. Określił to przez obliczenie tempa powstawania nowych gwiazd na podstawie badań zintegrowanej jasności galaktyk w podczerwieni i wykorzystanie znanych zależności między szybkością formowania się w nich gwiazd i ich emisją podczerwoną, a oczekiwaną mocą galaktyk rejestrowaną w zakresie gamma dla założonego tempa formowania się w nich gwiazd. W obu omawianych źródłach radiowych nadwyżka jasności na falach gamma świadczy zatem wyraźnie o wpływie emisji dżetów na te detekcje.

CSO-wykres

Na ilustracji: Młode galaktyki radiowe z emisją w średniej podczerwieni zdominowaną przez komponent pochodzący od ośrodka ISM zapełniają prawie równomiernie cały obszar zajmowany przez galaktyki (od eliptycznych po gwiazdotwórcze). Źródło: Publikacja Zespołu.

Badania zostały przeprowadzone w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii i Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie.

Czytaj więcej: