Międzynarodowy zespół naukowy kierowany przez astronomów z Uniwersytetu Jagiellońskiego opublikował precyzyjne badania wydajności produkcji dżetów w próbce 17 wyselekcjonowanych młodych radiogalaktyk. Obserwowane w nich jasności ich dżetów i płatów radiowych oraz dysków akrecyjnych zdają się odpowiadać temu samemu epizodowi centralnej aktywności ich macierzystych galaktyk.
Zwarte galaktyki radiowe wykazują zazwyczaj wklęsłe widma radiowe, z maksimum gęstości strumienia energii przydającym na wąski zakres częstotliwości od 0,5 do 10 GHz. Można wśród nich dodatkowo wyróżnić zwarte obiekty symetryczne, czyli tak zwane radiogalaktyki CSO (ang. compact symmetric objects). Zobrazowane za pomocą interferometrów radiowych o wysokiej rozdzielczości, wykazują one osiowo symetryczne morfologie radiowe, na które składają się dwa przeciwległe płaty emisji radiowej, przypominające nieco dużo bardziej rozciągłe płaty radiowe typowe dla radioźródeł typu FR II, ale o rozpiętości łącznie nie przekraczającej 1 kiloparseka (dla porównania – źródła FR II osiągają nierzadko rozmiary liniowe rzędu kilkuset, a nawet tysięcy kiloparseków). Przy tak małych rozmiarach struktury te powstają jeszcze wewnątrz galaktyki macierzystej!
Jeśli te zwarte i symetryczne radiogalaktyki obserwowane są na falach radiowych przez wiele lat, możliwe jest zmierzenie prędkości ekspansji tak zwanych gorących plam – obszarów silnej emisji radiowej, które z czasem, w miarę jak młode radioźródło rośnie, oddala się od centrum aktywności macierzystej galaktyki (AGN). Prędkości te uznawane są za dobry wskaźnik czasu, jaki upłynął od powstania dżetu – bardziej wiarygodny niż wiek tych samych radioźródeł wyznaczany metodą analizy starzenia się ich widm emisji synchrotronowej.
Na wykresie: Panel górny – rozkład znanych radiogalaktyk typu CSO na tzw. płaszczyźnie fundamentalnej aktywności czarnych dziur (Merloni et al. 2003). Regresja liniowa pokazuje najlepsze dopasowanie. Obiekty z analizowanej próbki oznaczone są czerwonymi kwadratami – wypełnionymi w przypadku źródeł comptonowsko cienkich i pustymi dla comptonowsko grubych. Panel dolny – jak wyżej; tu dla analizowanych obiektów wykorzystano monochromatyczne strumienie radiowe jądra. Źródło: Publikacja zespołu.
Badania objęły próbkę 17 starannie wyselekcjonowanych radioźródeł typu CSO – o znanych wartościach przesunięcia ku czerwieni, wiekach kinematycznych wyznaczonych bezpośrednio z obserwacji radiowych, i wartościach promieniowania rentgenowskiego zmierzonych za pomocą teleskopów Chandra lub XMM-Newton w wysokiej rozdzielczości. Próbka ta jest spójna i stanowi wiarygodną listę najmłodszych galaktyk radiowych o rozmiarach liniowych do 300 parseków i nie starszych niż 3000 lat. Widma obiektów są wolne od relatywistycznych efektów beamingu, a obserwowana obecnie emisja ich zwartych płatów radiowych i dysków akrecyjnych odpowiada temu samemu epizodowi w historii aktywności ich centralnych AGN-ów.
Dla takiej próbki naukowcy przeanalizowali dostępne widma optyczne z katalogu SDSS, dzięki czemu możliwe było oszacowanie bolometrycznych jasności dysków akrecyjnych galaktyk. Masy ich centralnych czarnych dziur wyznaczono na podstawie zmierzonych dyspersji prędkości gwiazd w macierzystych galaktykach. Minimalną moc dżetów radiogalaktyk wyznaczono z wykorzystaniem oszacowań wieku kinematycznego każdej z nich, przy założeniu ekwipartycji energii między polem magnetycznym i emitującymi fale radiowe elektronami znajdującymi się w zwartych płatach. Okazuje się, że w większości przypadków minimalne jasności kinetyczne dżetów są o rząd wielkości niższe niż odpowiadające im moce radiowe wyznaczone niezależną metodą kalorymetrycznego skalowania radiowego – która zdaniem zespołu przeszacowuje moc dżetów młodych źródeł radiowych.
Oszacowana minimalna moc dżetów, przy znajomości wieku kinetycznego radioźródeł z próbki, pozwoliła wyznaczyć dolną granicę całkowitej energii zdeponowanej przez dżety w centralnych regionach (w promieniu do 1 kiloparseka) galaktyk macierzystych. Otrzymane wartości sugerują, że najsilniejsze z młodych radiogalaktyk mogą znacząco wpływać na rozwój zgrubień centralnych w swych centrach, czyli obserwowanych w świetle widzialnym galaktykach.
Wydajności produkcji dżetów wyznaczone dla badanych radiogalaktyk dowodzą, że nowo narodzone, młode galaktyki radiowe najprawdopodobniej nie osiągają najwyższego możliwego poziomu wydajności wytwarzania dżetów, czego można się spodziewać w przypadkach silnie namagnetyzowanych dysków akrecyjnych otaczających najszybszej rotujące czarne dziury.
Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy wsparciu finansowym Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu NCN 2016/22/E/ST9/00061.
Czytaj więcej:
- Oryginalna publikacja: A. Wójtowicz, Ł. Stawarz, C.C. Cheung, L. Ostorero, E. Kosmaczewski, A. Siemiginowska, On the Jet Production Efficiency in a Sample of the Youngest Radio Galaxies, ApJ, 2019
- Astronomiczny Obiekt Miesiąca OA UJ
- Zwarte grupy galaktyk obserwowane z udziałem interferometru radiowego LOFAR
Źródło: OAUJ
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Radioźródło CSO 1404+286: mapy konturowe o różnych parametrach wiązki, powstałe na bazie obserwacji wykonanych na częstotliwości 15 GHz przez sieć VLBA. Źródło: Stanghellini et al., A&A 1998.
