Az egyik legtávolabbi kvazár üzen nekünk a Világegyetem pereméről!

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Üzenet, üzenet a világ széléről, z=6-on túlról! Nemrég fedezték fel az egyik legtávolabbi ismert, erősen rádió- és röntgensugárzó kvazárt. Színképvonalainak vöröseltolódása 6,1. Végre elkészültek az első nagy felbontású rádiótérképei is. Miért érdekesek ezek a ritkaságszámba menő objektumok? Mit üzen nekünk az egyik legtávolabbi aktív galaxis? Milyen eredményeket értek el a magyar kutatók a kvazárkutatásban?

Kvazár, blazár
A kvazárok az aktív galaxismagok közé tartoznak. Egy-egy teljes galaxist is jócskán túlragyogva, azok közepén olyan nagy teljesítménnyel sugároznak az elektromágneses színkép szinte minden tartományában, hogy érzékeny csillagászati műszereinkkel lényegében az általunk belátható „világ végéről” is meg tudunk figyelni ilyen típusú objektumokat. A most közel 14 milliárd éves Univerzum keletkezése után meglepően rövid idő, csupán néhány százmillió év elegendő volt ahhoz, hogy a kvazárok energiaforrását jelentő szupernagy tömegű (akár több milliárd naptömeget magukba olvasztó) fekete lyukak létrejöjjenek. Persze a sugárzás nem közvetlenül a fekete lyukakból érkezik, hanem a környezetükből befogott, körülöttük örvénylő, felforrósodott anyagból származik. No meg az erre az anyagbefogási korongra merőlegesen kidobódó, a fényéhez közeli sebességre felgyorsított, elektromosan töltött részecskékből! Ezek az erős mágneses térben spirális pályákon kifelé mozogva ún. szinkrotronsugárzást bocsátanak ki, amelyet leginkább a rádiótartományban észlelhetünk.

Egy kvazár centrumát elhagyó plazmanyaláb. (Fantáziarajz: SHAO) Forrás: https://pbs.twimg.com/media/EN1RnTzXsAEub-L?format=jpg&name=900×900

Távolsági csúcstartók
2020 előtt a legtávolabbi ismert blazár a 2000-es évek elején felfedezett J0906+6930 jelű objektum volt. Színképvonalainak vöröseltolódása 5,47, ami annyit tesz, hogy megfigyelésével majdnem 13 milliárd évet tudunk visszatekinteni a Világegyetem történetében. A J0906+6930 rádiószerkezetét a lehető legfinomabb felbontással egy magyar csillagászokat is felvonultató kutatócsoport tanulmányozta. Az erre alkalmazott speciális technika a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (angol rövidítéssel VLBI). Annak érdekében, hogy a szögfelbontás elég nagy legyen, nem egyetlen rádióteleszkóppal, hanem azok egész hálózatával végzik a méréseket. Az egymástól akár több ezer km-es távolságokban, esetenként más-más földrészeken felállított antennákkal együttesen egy akkora képzeletbeli rádiótávcsövet lehet előállítani, mint maga a Föld!

A J0906+6930 esetében, megfigyelések sok éven át tartó sorozata alapján sikerült megmérni a plazmanyaláb egyik komponensének igen lassú látszólagos mozgását. Egy másik komponens viszont állni látszott; a kifúvás ott látszólag elkanyarodik, és az onnan érkező rádiósugárzás polarizált. Mindebből arra lehet következtetni, hogy a fekete lyuk környezetét nagy sebességgel elhagyó nyaláb ott a csillagközi gáz egy sűrűbb felhőjébe ütközik. A felfedezésekről beszámoló cikk tavaly ilyentájt a Nature Communications című lapban jelent meg.

Azóta, több mint másfél évtized elteltével végre ismét megdőlt a rádiósugárzó blazárok „távolsági rekordja”. Az újonnan felfedezett PSO J0309+27 színképvonalainak vöröseltolódása 6,1. A névben a PSO a Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) első égboltfelmérésére utal. Ezt Hawaii-ból végezték, eredeti célja szerint elsősorban a Föld közelébe kerülő kis égitestek felfedezése céljából – de amint látható, a Világegyetem legtávolabbi égitestjei is felbukkanhatnak az adatbázisban. A blazár nevében a számok szokás szerint az égi koordinátáit (rektaszcenzió, deklináció) jelzik.

A PSO J0309+27 helye az égen, az Ekliptika közelében, a Kos csillagkép irányában – bár maga a kvazár szabad szemmel nem, csak a legnagyobb távcsövekkel pillantható meg. (Kép: NRAO / AUI / NSF, IAU, Sky & Telescope) Forrás: https://public.nrao.edu/wp-content/uploads/2020/12/nrao20df08_blazar_StarChart.jpg

A kvazároknak csak egy kis része, alig 10%-a rendelkezik ilyen plazmanyalábokkal – úgy is fogalmazhatnánk, hogy az Univerzum legnagyobb részecskegyorsítóival. Tehát a rádiósugárzó kvazárok viszonylag ritkák. Közülük is azokat látjuk még fényesebbnek, amelyeknél az egymással átellenes irányban kidobódó nyalábok egyike éppen úgy áll a térben, hogy majdnem pontosan felénk mutat. Ezeket a különleges, felerősített fényű kvazárokat szokás blazároknak is nevezni. Természetesen azt várjuk, hogy hatalmas távolságokból elsősorban ilyen blazárokat sikerül majd először megpillantanunk: ezek jelentik a „jéghegy csúcsát”, a náluk halványabbak megfigyeléséhez még jobb műszerekre van szükségünk.

Mivel a PSO J0309+27 a tőlünk mért távolságához mérten meglehetősen erős rádióforrás, egy olasz csillagászokból álló csoport gyorsan megfigyelési időt kért az amerikai VLBA (Very Long Baseline Array) rádiótávcső-hálózattól, hogy három különböző frekvencián (1,5, 5 és 8,4 GHz) feltérképezze a belső plazmakifúvás rádiószerkezetét. Munkájukat siker koronázta: most először megpillanthatták ennek a blazárnak a magjából kiinduló egyenes nyalábot, amely az égboltra vetítve kb. 1600 fényéves távolságig figyelhető meg. Lélegzetelállító belegondolni, hogy a VLBI technika néhány fényéves felbontással enged bepillantást a rádiószerkezetbe egy olyan objektumnál, amelyről majdnem 13 milliárd évvel ezelőtt indult el felénk a most felfogott sugárzás.

A PSO J0309+27 1,5 GHz-es rádiótérképét az amerikai VLBA interferométerrel készítették, amelynek 10 darab 25 méteres átmérőjű antennáját az észak-amerikai kontinensre, valamint a Csendes-óceánban Hawaii-ra és a Karib-tengerben a Virgin-szigetekre telepítették. (Kép: Spingola et al., Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF) Forrás: https://public.nrao.edu/wp-content/uploads/2020/12/nrao20df08_blazar.jpg

A PSO J0309+27 egyébként röntgensugárzás forrása is az égen, méghozzá egyike a legnagyobb teljesítményűeknek ilyen hatalmas távolságban. Az eddig rendelkezésre álló adatok szerint a PSO J0309+27 nyalábjában a plazma mintha kicsit lassabban haladna kifelé, mint a hozzánk közelebbi, ismert blazárok esetén. De ez inkább csak feltételezés, az is lehet, hogy csak a látóirányunkkal bezárt hajlásszöge nagyobb. Frissen fedezték fel, egyelőre tehát még kevés mérést sikerült végezni, és eleve csak több éves vagy akár évtizedes időskálán lehet majd ismételt VLBI mérésekkel mozgásokat felismerni a nyaláb rádiószerkezetében. Erre lesz szükség ahhoz, hogy fizikai tulajdonságairól pontosabb elképzeléseink legyenek.

Az animáción a PSO J0309+27 mindhárom frekvencián készült rádiótérképei (piros: 1,5 GHz, zöld: 5 GHz, kék: 8,4 GHz). Az alacsonyabb frekvencián gyengébb a felbontás, cserébe kiterjedtebb struktúrák is megfigyelhetők. A blazár “magja”, vagyis az a hely, amelynek belsejéből a plazmanyaláb nyaláb kiindul, jobbra lent a legfényesebb rész, amely mindhárom frekvencián felbontatlannak látszik. (Kép: Spingola et al., Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF) Forrás: https://public.nrao.edu/wp-content/uploads/2020/12/nrao20df08_blazar.gif

 

Kvazárok a „világ végén”
Az ehhez hasonló különleges, nagyon távoli aktív galaxismagok vizsgálatával válaszolhatnak a csillagászok olyan érdekes kérdésekre, mint hogy a Világegyetem történetében milyen korán jöttek létre a legelső szupernagy tömegű fekete lyukak, mikor indultak be az anyagbefogás nyomán az első plazmanyalábok, hogyan befolyásolták az aktív magok a nekik otthont adó galaxisoknak a fejlődését, és hogy e legkorábbi kvazárok vajon lényegesen különböznek-e a későbbi korok hasonló objektumaitól. A PSO J0309+27 VLBI megfigyelései folytatódnak, immár magyar csillagászok részvételével is. Az ELKH CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetében dolgozó kutatócsoport egyébként nemzetközi szinten is vezető szerepet játszik az Univerzum legtávolabbi rádiósugárzó aktív galaxismagjainak kutatásában. Korábban mind a négy eddig ismert, 6 körüli vöröseltolódású kvazár (vagyis nem pontosan felénk irányuló plazmanyalábbal rendelkező blazár) nagy felbontású VLBI térképezését vezették. Egyes korábban ismert legtávolabbi (5 körüli vöröseltolódású) blazárokban először sikerült megbízhatóan kimutatniuk a rádiókomponensek látszólagos elmozdulását, ennek révén pedig következtetni tudtak a nyalábok fizikai tulajdonságaira. Munkájukat jelenleg a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (OTKA K134213) támogatja.

Linkek:

Blazár a korai Világegyetemben (NRAO közlemény)
https://public.nrao.edu/news/blazar-in-the-early-universe/

Pillantás a legtávolabbi ismert blazár belsejébe (csillagaszat.hu, 2020. január)
https://www.csillagaszat.hu/hirek/extragalaktikus-csillagaszat-hirek/exg-aktiv-galaxismagok/exg-kozponti-fekete-lyukak/pillantas-a-legtavolabbi-ismert-blazar-belsejebe/

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

📸 A borítóképen: Egy kvazár centrumát elhagyó plazmanyaláb. (Fantáziarajz: SHAO)

Érdekesnek találtad cikkünket? Hasonló tartalomért kattints: Rejtélyes kozmikus felfénylés nyomában az égen: AT 2019wey