Pictor A to klasyczna radiogalaktyka typu II w klasyfikacji Fanaroff–Riley. To także jedna z bliższych i najbardziej znanych radiogalaktyk na niebie. Ma dżety i rozległe płaty emisji radiowej. Jest popularnym celem obserwacji we współczesnych szczegółowych badaniach radiogalaktyk prowadzonych w różnych zakresach widma, od fal radiowych po rentgenowskie. Astronomowie z Uniwersytetu Jagiellońskiego przedstawiają teraz szczegółową analizę cech emisji promieniowania rentgenowskiego wykrytych w jej wschodnim płacie radiowym, wykorzystując dane zebrane przez obserwatorium rentgenowskie Chandra.
Rozległy i skierowany na zachód dżet radiowy galaktyki Pictor A zaczyna się w jej aktywnym jądrze i rozciąga na setki kiloparseków od centralnej galaktyki macierzystej. Tak zwany przeciwdżet wschodni nie jest widoczny na mapach radiowych, ale można go łatwo zauważyć na głębokich mapach rentgenowskich, na przykład tych wykonanych z pomocą krążącego wokół Ziemi obserwatorium Chandra. Gorące plamy (ang. hotspots) widoczne po obu stronach galaktyki, na krańcach jej radiowych płatów, to miejsca, w których dżety kończą się. Jasna zachodnia gorąca plama jest wyraźnie wykrywalna w różnych zakresach widma elektromagnetycznego – radiowym, podczerwonym, optycznym i rentgenowskim. Płaty radiowe widoczne są na falach rentgenowskich jako kokony o niskiej jasności powierzchniowej, jak gdyby otaczające wydłużone dżety.
Czoło dżetu, gdy propaguje się początkowo przez galaktykę, a następnie przez ośrodek międzygalaktyczny, oddziałuje z tymi zewnętrznymi ośrodkami i wywołuje w efekcie falę uderzeniową (tzw. szok). Rozległe płaty radiowe (zwane też lobami) powstają, gdy plazma obecna w dżecie natyka się na tego typu szok końcowy, rozlewa się i jest tam częściowo zawracana na nieciągłości pomiędzy takim wypływem a zewnętrznym ośrodkiem międzygalaktycznym. Dżety o dużej mocy transportują większość swojej energii na duże odległości rzędu setek parseków, a ich materia, rozlana ostatecznie w obrębie wyżłobionego w zewnętrznym ośrodku kokonu, tworzy w ten sposób płaty. Są one szczególnie dobrze widoczne na częstotliwościach radiowych ze względu na emisję synchrotronową składających się na nie relatywistycznych elektronów.
Szczegółowe i precyzyjne obserwacje płatów radiowych często ujawniają ich złożoną morfologię, wraz z obecnymi w nich strukturami włóknistymi. Z kolei obserwacje rentgenowskie prowadzone z użyciem instrumentów takich jak Chandra pozwalają na ich dokładnie zobrazowanie i wykrycie tak zwanej nietermicznej emisji kontinuum płatów. Astronomowie sądzą przy tym, że płaty są bardzo rzadkimi, ale wysokociśnieniowymi otoczkami i jednocześnie granicami dżetów, wypełnionymi wyłącznie ultrarelatywistycznymi (poruszającymi się bardzo szybko) elektronami i polem magnetycznym. Jednak niektóre obserwacje mogą też wskazywać na to , że w płatach występują również znaczne ilości gazu termalnego, który wnosiłby znaczący wkład w produkcję ich promieniowania rentgenowskiego oraz bilans ciśnienia.
W ramach swoich badań astronomowie z OAUJ przeanalizowali dane archiwalne z Chandry dla rozległych płatów galaktyki Pictor A, koncentrując się na jej płacie wschodnim i jego złożonym regionie gorących plam. Uzyskane mapy rentgenowskie tych obszarów zostały następnie dokładnie porównane z ich wieloma dostępnymi mapami radiowymi, uzyskanymi za pomocą interferometru radiowego Very Large Array (VLA).
Na zdjęciu: Teleskop kosmiczny Chandra. Źródło: NASA
Na zdjęciu: Anteny sieci VLA. Źródło: NRAO
Na zdjęciu: Obraz rentgenowski galaktyki Pictor A wykonany przez teleskop Chandra. Spektakularny dżet emanuje z jej centrum (jasny obiekt po lewej) i rozciąga się na 360 tysięcy lat świetlnych w kierunku jasnego gorącego punktu. Gorący punkt znajduje się w odległości co najmniej 800 tysięcy lat świetlnych (8 średnic Drogi Mlecznej) od miejsca, z którego wystrzeliwuje dżet. Uważa się, że gorący punkt reprezentuje czoło dżetu, które wyraźnie rozjaśnia się po zderzeniu z rozrzedzonym gazem obecnym w przestrzeni międzygalaktycznej. Źródło: NASA
Na zdjęciu: Struktura radiogalaktyki Pictor A. Źródło: NASA
Uzyskane obrazy i wyniki analiz ujawniły interesujące cechy morfologiczne. Podwójna struktura gorącej plamy jest na przykład widoczna zarówno na mapach całkowitej emisji radiowej, jak i mapach polaryzacji radiowej. Tak zwana wtórna gorąca plama (najlepiej widoczna i najbardziej zewnętrzna cecha radiowa płata wschodniego) pokrywa się z pewnym wzmocnieniem w rozproszonej emisji rentgenowskiej, choć na typowych energiach rzędu kiloelektronowoltów jej emisja jest znacznie słabsza niż w przypadku położonej po stronie przeciwnej galaktycznego jądra gorącej plamy zachodniej. W pobliżu podwójnej gorącej plamy wschodniej widać także kilka jasnych, zwartych źródeł promieniowania rentgenowskiego, ale żadne z nich nie pokrywa się z lokalnym maksimum całkowitej lub spolaryzowanej intensywności promieniowania radiowego. Do analizy spektralnej zespół wybrał cztery takie regiony. Na mapach polaryzacji radiowej wszystkie z nich występują prawie dokładnie na krawędziach podwójnej struktury gorącej plamy. Ponadto jedno z jasnych, zwartych źródeł rentgenowskich na mapach wysokorozdzielczych zdaje się leżeć wyraźnie poza obszarem emisji radiowej.
Powiązania pomiędzy punktowymi źródłami promieniowania rentgenowskiego (bez odpowiedników optycznych) a płatami i gorącymi plamami w radiogalaktykach i kwazarach nie są jasne. Wciąż są one przedmiotem dyskusji naukowej. Takie źródła punktowe mogą być po prostu odległymi AGN-ami widocznymi w tle, zupełnie niezwiązanymi z obserwowanym płatem radiowym, ale ich obecność może również wynikać z różnych procesów rozpraszania energii odbywających się w płatach ze złożoną konfiguracją pola magnetycznego. Przykładowo, jeśli włókna radiowe obserwowane w płatach faktycznie reprezentują splątane kanały pola magnetycznego, to w miejscach interakcji tych włókien z gęstościowymi lub magnetycznymi wzmocnieniami w okolicznej plazmie mogą tworzyć się liczne, miejscowe, zwarte punkty z gwałtownymi procesami rekoneksji magnetycznej, wprowadzające tam ruchy turbulentne, a tym samym wydajne procesy przyspieszania cząstek i ogrzewania plazmy.
Jednym z najważniejszych wniosków płynących z omawianej analizy radiogalaktyki Pictor A może być silnie wydłużone, rentgenowskie włókno „A”, znajdujące się ponad obszarem zakończenia dżetu i rozciągające się na co najmniej 30 kiloparseków. Jego emisja w zakresie energii 0,5–7,0 keV jest zgodna z emisją czysto potęgową lub – w rozwiązaniu alternatywnym – odpowiada kombinacji składnika potęgowego widma oraz wkładu od termalnej plazmy. W tym pierwszym przypadku nachylenie widma promieniowania rentgenowskiego byłoby zgodne (w granicach błędu) z nachyleniem widma kontinuum radiowego w miejscu badanego włókna. Drugi możliwy przypadek byłby jednak spójny z niedawnymi doniesieniami naukowymi, według których w płatach radiowych galaktyk mogą znajdować się również znaczne ilości gazu termalnego.
Czytaj więcej:
- Oryginalna publikacja: R. Thimmappa, Ł. Stawarz, U. Pajdosz-́Śmierciak, K. Balasubramaniam, V. Marchenko, Complex Structure of the Eastern Lobe of the Pictor A Radio Galaxy: Spectral Analysis and X-ray/Radio Correlations, 2021
- Pictor A na stronach NASA
- J0028+0035 - radiogalaktyka fidget spinner
Źródło: OAUJ
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Pictor A – kompozycja obrazów rentgenowskich z teleskopu Chandra wygładzona rozmyciem Gaussa (3σ). Kontury radiowe (kolor czerwony i biały) zaobserwowane przez interferometr VLA na częstotliwości 1,45 GHz zostały nałożone na dane z Chandry. Dwa wydłużone żółte prostokąty to obszary o wysokiej polaryzacji w płacie wschodnim, dla których zespół wyodrębnił profile jasności powierzchniowej w zakresie promieniowania rentgenowskiego i radiowego. Źródło: Publikacja Zespołu.
