Pillantás a legközelebbi rádiógalaxis szívébe

Csillagvizsgáló Svábhegyi

A déli égbolton, a Kentaur csillagkép irányában, tőlünk mintegy 14 millió fényévre található az NGC 5128, a legközelebbi óriásgalaxis. Már 1949 óta tudjuk, hogy ez egybeesik az égbolt egyik legfényesebb, Centaurus A jelű rádióforrásával. A rádiócsillagászok azóta is folyamatosan kutatják ennek a különleges rádiógalaxisnak a titkait, de most egy egész Földre kiterjedő rádiótávcső-hálózattal minden eddiginél finomabb részleteket sikerült megkülönböztetni a magjában.

Óriásgalaxis a közeli szomszédban
Már ha 14 millió fényév közelinek számít… Ha a jól ismert Androméda-galaxis, a Tejútrendszerhez legközelebb eső – és még közvetlen kozmikus szomszédságunkhoz, a Lokális Csoporthoz tartozó – „nagy” galaxis 2,5 millió fényéves távolságával hasonlítjuk össze, akkor persze nem. De az NGC 5128, egy óriás lentikuláris (S0) galaxis már más kategória, benne mintegy háromszor annyi csillag található, mint a saját galaxisunkban vagy a némileg nagyobb Andromédában. Ez nem véletlen, ugyanis a szemünk előtt zajlik két, korábban önálló, de egymáshoz végzetesen közel került galaxis – egy nagyobb elliptikus és egy kisebb spirálgalaxis – összeolvadásának végjátéka. (Az összeolvadás lesz egyébként a Tejútrendszer és az Androméda-galaxis sorsa is, de még ráérünk izgulni, a folyamat úgy 4-5 milliárd év múlva kezdődik.)

Az óriásgalaxisok közül tehát az NGC 5128 van hozzánk a legközelebb, ráadásul benne található a legközelebbi aktív galaxismag is. Mindez egyedülálló lehetőséget kínál a csillagászoknak a megfigyelésére. Nem meglepő, hogy az elektromágneses hullámok minden sávjában – a rádiótól az infravörösön és a látható fényen át a röntgen- és gamma-tartományig – az egyik legtüzetesebben vizsgált extragalaktikus célpontról van szó. A csillagászati objektumok kiterjedt adatbázisa, a Simbad több mint 4000 tudományos publikációt sorol fel vele kapcsolatban.

Az NGC 5128 látványa bizonyára ismerős a csillagászat kedvelői számára: a fényképeken egy sötét, szélein némileg meghajló porsáv keresztezi a galaxis korongját. A porgyűrű kétségtelenül a bekebelezett egykori spirálgalaxis anyagából származik.

A VLT/FORS2 spektrográfjával három színben készült felvételek kombinációja az NGC 5128 galaxisról, közepén a jellegzetes porsávval. Ezt először John Herschel vette észre, 1847-ben. Utána még egy évszázadon át azt gondolták, hogy a furcsa kinézetű objektum a Tejútrendszerben található. 1949-ben azonosították a Centaurus A rádiógalaxissal. (Kép: ESO)

Ha az NGC 5128 nagynak tűnik az optikai távcsöves felvételeken, akkor mit mondjunk a rádiótartományban készült képekre? A galaxis aktív magjából a porsávra merőleges irányban kiinduló, majd némileg eltérülő rádiónyalábok hatalmas lebenyekben végződnek. A teljes rádiószerkezet látszó kiterjedése meghaladja a 8 fokot, vagyis 16 telihold férne el benne egy sorban!

Ez a látványos kép egy montázs. Az előtérben az ausztráliai ATCA (Australia Telescope Compact Array) szépen megvilágított rádióteleszkópjai láthatók egy teliholdas éjszakán. A háttérbe a felkelő Centaurus A – részben az ATCA adatai alapján készült – rádióképét másolták, mérethelyesen. (Kép: fotó: S. Amy, CSIRO; rádió: I. Feain, T. Cornwell, R. Ekers, CSIRO/ATNF; R. Morganti, ASTRON; N. Junkes, MPIfR)

Hatvanmilliószoros nagyításban
Az aktív galaxismag „motorja” egy szupernagy tömegű fekete lyuk. Ez anyagot fog be a környezetéből, de a plazma egy része nem hullik bele, hanem a fekete lyuk forgástengelye mentén két átellenes irányban, a fényéhez közeli sebességgel kilökődik. A mágneses térben gyorsuló elektromosan töltött részecskéktől származik az a sugárzás, amelyet rádióteleszkópokkal fel tudunk fogni itt a Földön.

Az NGC 5128 (alias Centaurus A) plazmanyalábjának északkeleti, a térben felénk mutató ága – a fentebbi rádióképhez képest jobb nagyításban, szokatlan ábrázolásban. Kék színnel a Chandra-űrteleszkóp röntgentartományban készült képe, pirossal a Very Large Array (VLA) rádiótávcső-hálózat képe keveredik össze. A fényes röntgensugárzó foltok azokat a lökéshullámfrontokat jelölik, ahol a kezdetben kb. a fénysebesség felével kifelé száguldó plazmacsomók a csillagközi gáz felhőibe ütköznek. A nyaláb itt látható kb. 1 ívperc szögméretű szakasza a galaxis távolságában bő 7 ezer fényévnek felel meg az égboltra vetítve. Az aktív galaxismag a kép jobb alsó sarkában található. (Kép: röntgen: NASA / CXC / Bristol U. / M. Hardcastle et al.; rádió: NRAO / AUI / NSF / Bristol U. / M. Hardcastle)

Az NGC 5128, avagy „rádiós nevén” Centaurus A (Cen A) közepén egy se nem kifejezetten nagy, se nem túl kicsi fekete lyuk található, tömege mintegy 55 millió naptömeggel egyenértékű. (A Tejútrendszerünk közepén ennél egy nagyságrenddel kisebb fekete lyuk van, de más galaxisok szívében ismerünk akár tízmilliárd naptömegűeket is.)

Egy nemzetközi kutatócsoport nemrég az egész Földre kiterjedő interferométeres hálózat, az Event Horizon Telescope (EHT, Eseményhorizont Távcső) segítségével vizsgálta a Cen A legbelső rádiószerkezetét, ahonnan a plazmanyalábok kiindulnak a fekete lyuk közvetlen környezetéből. Ha az EHT név ismerős, az nem véletlen: ez az a rádiótávcső-hálózat, amely 2019-ben az újságok címlapjára került azzal, hogy 1,3 mm-es hullámhosszon először sikerült képet alkotnia egy fekete lyuk „árnyékáról” az M87 (Virgo A) rádiógalaxis közepén. A Föld méretű virtuális rádiótávcsövet egy ugyancsak közeli, de sokkal kisebb fekete lyukat rejtő aktív galaxismag, a Cen A felé is fordították. A 2017-ben végzett mérések eredményeiről nemrég számoltak be a Nature Astronomy című folyóiratban.

Infografika a Cen A rádiószerkezetéről, egyre nagyobb felbontásban mutatva a galaxist. A háttérkép a teljes, 8 fokos kiterjedésű szerkezetet mutatja a diffúz lebenyekkel. Jobbra fent, az összehasonlítás kedvéért az optikai képet a porsávval is belekombinálták. A legalsó, legújabb interferométeres térképen a megjelölt távolság mindössze egy fénynapnak felel meg. (Kép: Radboud University; CSIRO / ATNF / I. Feain et al., R. Morganti et al., N. Junkes et al.; ESO / WFI; MPIfR / ESO / APEX / A. Weiss et al.; NASA / CXC / CfA / R. Kraft et al.; TANAMI / C. Müller et al.; EHT / M. Janssen et al.)

Most először sikerült egy aktív galaxismagból kiinduló plazmanyalábot 1 fénynapnál (kb. 26 milliárd km-nél) is jobb felbontással feltérképezni. Vagyis megfigyelhetővé vált, hogyan indulnak azok a részecskék, amelyek végső soron a hatalmas, messze a látható fényben megfigyelhető galaxison túlra nyúló rádiólebenyeket ,,fújják”. Ez azért fontos, mert a nyalábok keletkezésének pontos fizikai mechanizmusa még napjainkban sem teljesen tisztázott, különböző modellekkel dolgoznak a kutatók. A Cen A esetében a legmeglepőbb eredmény, hogy a nyalábok legbelső szakaszán azok széle jóval fényesebb, mint a közepe. Bár ezt a jelenséget más aktív galaxismagoknál is tapasztalták, az sosem volt még ennyire hangsúlyos, és azok a mérések nagyobb térbeli skálákon történtek. Feltételezhető, hogy a szerkezet spirálszerűen csavarodó mágneses térre utal, amelynek erővonalai mentén a fényéhez közeli sebességre gyorsított töltött részecskék elhagyják a fekete lyuk térségét. 

A Cen A magjából kiinduló plazmanyaláb szerkezete 1 fénynapnál is finomabb felbontással, az EHT 1,3 mm-es hullámhosszon végzett 2017-es mérései alapján. (Kép: EHT együttműködés, M. Janssen et al. 2021)

Az EHT új méréseivel a központi fekete lyuk pozícióját is nagy pontossággal meg tudták határozni, a plazmanyaláb fényesebb (felénk közeledő) és halványabb (tőlünk távolodó) ágai között. Ha egyszer a megfigyelési technikai fejlődésével még ennél is jobb felbontást lehet majd elérni – a hullámhossz csökkentésével és az interferométer méreteinek növelésével, vagyis rádióteleszkópok űrbe juttatásával –, a Cen A esetében is lehetővé válhat a fekete lyuk árnyékának leképezése.

Források:
M. Janssen et al. (2021): Event Horizon Telescope observations of the jet launching and collimation in Centaurus A. Nature Astronomy, DOI: 10.1038/s41550-021-01417-w

Az EHT a legközelebbi rádiógalaxis magját vizsgálta (Radboud University közlemény)

Szerző: Frey Sándor, Tudományos főmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló

Tetszett a cikkünk? Olvasd el ezt is: Kilencven éve egy krumpliföldön…