Przejdź do treści

Gorące punkty w promieniowaniu reliktowym zdradzają sekrety ewolucji kwazarów

HE 0515-4414

Dzięki danym zebranym przez sieć ALMA zespół astronomów zbadał procesy wzrostu i ewolucji bąbli gorącej plazmy wytwarzanych przez kwazary. Otoczenie kwazara HE 0515-4414 przeanalizowano pod kątem efektu, jakie wywiera ono na mikrofalowe promieniowanie tła.

Kosmiczne promieniowanie tła (tzw. promieniowanie reliktowe) było pierwszym światłem, jakie kiedykolwiek pojawiło się we Wszechświecie. To, które dziś obserwujemy, jest bardzo stare - swą podróż do nas rozpoczęło, gdy Wszechświat miał zaledwie 380 000 lat. Na pierwszy rzut oka wygląda ono niczym idealne widmo ciała doskonale czarnego. Widmo takie odpowiada promieniowaniu, które jest jedynie skutkiem istnienia ciepła danego przedmiotu (światło słoneczne jest także przykładem, trochę wbrew codziennej intuicji, widma ciała doskonale czarnego). Krótko po tym, jak po raz pierwszy się pojawiło, promieniowanie tła było pomarańczową poświatą, ale podczas jego trwającej 13,7 miliarda lat podróży ku naszym oczom ekspansja Wszechświata rozciągnęła to światło do fal podczerwonych, a następnie do mikrofal. Obecnie więc widzimy je jako słabe światło mikrofalowe płynące do nas ze wszystkich stron.

Współczesne promieniowanie tła jest wciąż ciałem czarnym, ale już nie doskonałym. W mikrofalowym tle występują niewielkie odchylenia i różnice: obszary nieco cieplejsze i takie, które są chłodniejsze niż średnia jego temperatura. Większość tych anomalii wynika z istnienia różnic pojawiających się już we wczesnym Wszechświecie. Cieplejsze regiony rozszerzyły się na pustki pomiędzy gromadami i kosmicznymi włóknami, podczas gdy te chłodniejsze regiony skondensowały się w galaktyki i gromady galaktyk.

Jednak niektóre z tych obserwowanych dziś fluktuacji wynikają po prostu  z niesamowicie długiej podróży, jaką przebyło światło promieniowania tła. Przez miliardy lat światło to wielokrotnie przechodziło przez obłoki gazu i pyłu. Jego część została tam pochłonięta. Inna część traciła energię na rozpraszanie, a jeszcze inne dodatkowo zyskały energię, dzięki czemu kosmiczne tło wydaje się w wielu miejscach cieplejsze niż powinno.

Ten proces ogrzewania się mikrofalowego tła znany jest jako efekt Suniajewa-Zeldowicza. Gdy fotony mikrofalowego promieniowania tła o niskich energiach przechodzą przez obszar rozgrzanej plazmy, zderzają się z szybko poruszającymi się i wysokoenergetycznymi elektronami plazmy. Na skutek tego rozpraszania fotony uzyskują dodatkową energię. Obserwując takie zmiany w widmie energetycznym promieniowania tła możemy zatem uzyskać dane na temat rozkładu gorącego gazu w gromadach galaktyk, jak również badać inne obszary gorącej plazmy w kosmosie.

W artykule opublikowanym w miesięczniku MNRAS zespół naukowy wykorzystuje powyższy efekt do takich badań. Kwazary to jak gdyby jasne radiolatarnie na niebie. Są zasilane supermasywnymi czarnymi dziurami rezydującymi w sercach galaktyk. Te czarne dziury pochłaniają materię z ich otoczenia, emitując przy okazji ogromne ilości energii. Są często ponad 100 razy jaśniejsze od swych galaktyk macierzystych. Zdarza się, że kwazary emitują także coś na kształt wiatru zjonizowanego gazu, który wypływa z galaktyki, po czym zderza się z rozproszonym i zimnym gazem w przestrzeni międzygalaktycznej, tworząc w nim pęcherzyki gorącej plazmy.

Kwazary leżą bliżej nas niż źródło mikrofalowego promieniowania tła, ale są wciąż odległe, przez co światło pochodzące z pęcherzyków plazmy jest zbyt słabe, by można je było bezpośrednio zaobserwować. Ale można je badać właśnie poprzez efekt Siuniajewa-Zeldowicza. Potrzebne są jednak do tego obrazy mikrofalowego tła zarejestrowane w wysokiej rozdzielczości. Takie obrazy można wygenerować właśnie dzięki chilijskiej sieci ALMA.

Dzięki nim astronomowie wykryli bąbel gazu w pobliżu kwazara HE 0515-4414. Kwazar ten jest niezwykle jasny i aktywny. Okazało się jednak, że za istnienie bąbla gorącej plazmy nie może raczej w tym przypadku odpowiadać sam jego "wiatr galaktyczny", który sam w sobie przyczynia się do zaledwie 0,01% całkowitej jasności kwazara. Teoretyczne modele przewidują zresztą, że taki wiatr kwazarowy powinien być znacznie silniejszy. Wydaje się zatem, że choć kwazary mogą wytwarzać gorące pęcherzyki plazmy w swym otoczeniu, proces ten nie jest szczególnie wydajny.

Rozmiar wykrytego bąbla mówi nam z kolei o tym, że musiał on powstać ponad 100 milionów lat temu, a jego ochłodzenie się do temperatury otoczenia zajmie kolejne 600 milionów lat. Czas ten nie jest wystarczający, by plazma oddziałująca z chłodnym materiałem w galaktykach mogła wpływać na powstawanie i ewolucję tych galaktyk.

 


Czytaj więcej:


Źródło: NRAO