NASA-missioner udforsker en aktiv TIE-jagergalakse

For ikke så længe siden, astronomer kortlagde en galakse langt, langt væk ved hjælp af radiobølger og fandt ud af, at den har en slående velkendt form. I processen, de opdagede objektet, kaldet TXS 0128+554, oplevet to kraftige anfald af aktivitet i det sidste århundrede.

For omkring fem år siden, NASAs Fermi Gamma-ray Space Telescope rapporterede, at TXS 0128+554 (TXS 0128 for kort) er en svag kilde til gammastråler, den højeste energiform for lys. Forskere har siden kigget nærmere ved hjælp af Very Long Baseline Array (VLBA) og NASAs Chandra X-ray Observatory.

"Efter Fermi-meddelelsen, vi zoomede en million gange tættere på galaksen ved hjælp af VLBA's radioantenner og kortlagde dens form over tid, " sagde Matthew Lister, en professor i fysik og astronomi ved Purdue University i West Lafayette, Indiana. "Første gang jeg så resultaterne, Jeg troede med det samme, at det lignede Darth Vaders TIE-jagerrumfartøj fra 'Star Wars:A New Hope.' Det var en sjov overraskelse, men dets udseende ved forskellige radiofrekvenser hjalp os også med at lære mere om, hvordan aktive galakser kan ændre sig dramatisk på årtiers tidsskalaer."

Et papir, der beskriver resultaterne, ledet af Lister, blev offentliggjort i 25. august-udgaven af Astrofysisk tidsskrift og er nu tilgængelig online.

TXS 0128 ligger 500 millioner lysår væk i stjernebilledet Cassiopeia, forankret af et supermassivt sort hul omkring 1 milliard gange Solens masse. Det er klassificeret som en aktiv galakse, hvilket betyder, at alle dens stjerner tilsammen ikke kan redegøre for mængden af ​​lys, den udsender.

En aktiv galakses ekstra energi inkluderer overskydende radio, røntgen, og gammastrålelys. Forskere mener, at denne emission stammer fra regioner nær dets centrale sorte hul, hvor en hvirvlende skive af gas og støv samler sig og opvarmes på grund af gravitations- og friktionskræfter.

Omkring en tiendedel af aktive galakser producerer et par jetfly, stråler af højenergipartikler, der bevæger sig med næsten lysets hastighed i modsatte retninger. Astrofysikere tror, ​​at disse stråler producerer gammastråler. I nogle tilfælde, kollisioner med spinkel intergalaktisk gas bremser og standser til sidst den udadgående bevægelse af jetpartikler, og materialet begynder at strømme tilbage mod galaksens centrum. Dette resulterer i brede regioner, eller lapper, fyldt med hurtigt bevægende partikler, der spiraler rundt om magnetiske felter. Partikelinteraktionerne skaber lys radioemission.

Fermi har identificeret over 3, 000 aktive galakser ved hjælp af sit Large Area Telescope, som undersøger hele himlen hver tredje time. Næsten alle af dem er justeret, så den ene stråle peger næsten direkte mod Jorden, hvilket øger deres signaler. TXS 0128, imidlertid, er omkring 100, 000 gange mindre kraftfuld end de fleste af dem. Faktisk, selvom det er relativt tæt på, Fermi var nødt til at akkumulere fem års data fra galaksen, før han rapporterede det som en gammastrålekilde i 2015.

Forskere føjede derefter galaksen til en langvarig undersøgelse udført af VLBA, et netværk af radioantenner, der drives af National Radio Astronomy Observatory, der strækker sig fra Hawaii til De amerikanske Jomfruøer.

Arrayets målinger giver et detaljeret kort over TXS 0128 ved forskellige radiofrekvenser. Radiostrukturen, de afslørede, spænder over 35 lysår på tværs og hælder omkring 50 grader ud af vores synslinje. Denne vinkel betyder, at strålerne ikke peger direkte mod os og kan forklare, hvorfor galaksen er så svag i gammastråler.

"Det virkelige univers er tredimensionelt, men når vi ser ud i rummet, vi ser normalt kun to dimensioner, sagde Daniel Homan, en medforfatter og professor i astronomi ved Denison University i Granville, Ohio. "I dette tilfælde, vi er heldige, fordi galaksen er vinklet på en sådan måde, fra vores perspektiv, at lyset fra den fjernere lap rejser snesevis flere lysår for at nå os end lyset fra den nærmeste. Det betyder, at vi ser den fjernere lap på et tidligere tidspunkt i dens udvikling."

Hvis galaksen var justeret, så jetfly og lober var vinkelrette på vores synslinje, alt lys ville nå Jorden på samme tid. Vi ville se begge sider på samme udviklingstrin, som de er i virkeligheden.

Galaksens tilsyneladende form afhænger af den anvendte radiofrekvens. Ved 2,3 gigahertz (GHz), omkring 21 gange større end den maksimale sendefrekvens for FM-radio, det ligner en amorf klat. TIE fighter-formen kommer frem ved 6,6 GHz. Derefter, ved 15,4 GHz, et tydeligt mellemrum i radioemissionen viser sig mellem galaksens kerne og dens lapper.

Listers team har mistanke om, at en pause i TXS 0128s aktivitet skabte dette hul. Galaksens jetfly ser ud til at være startet for omkring 90 år siden, som observeret fra Jorden, og stoppede så omkring 50 år senere, efterlader de uforbundne lapper. Derefter, for omkring et årti siden, jetflyene tændte igen, producerer emissionen set tættere på kernen. Hvad der forårsagede den pludselige indtræden af ​​disse aktive perioder er stadig uklart.

Radioemissionen kaster også lys over placeringen af ​​galaksens gammastrålesignal. Mange teoretikere forudsagde, at unge, radiolyse aktive galakser producerer gammastråler, når deres jetfly kolliderer med intergalaktisk gas. Men i TXS 0128's tilfælde, i det mindste, partiklerne i lapperne producerer ikke nok kombineret energi til at generere de detekterede gammastråler. I stedet, Listers hold tror, ​​at galaksens jetstråler producerer gammastråler tættere på kernen, ligesom de fleste aktive galakser, som Fermi ser.

Holdet observerede galaksen i røntgenstråler ved hjælp af Chandra, leder efter bevis for en omsluttende kokon af ioniseret gas. Mens deres målinger ikke kunne bekræfte tilstedeværelsen eller fraværet af en kokon, der har været beviser for sådanne strukturer i andre aktive galakser, ligesom Cygnus A. Observationerne indikerer, at galaksen har en stor mængde støv og gas omkring sin kerne, hvilket stemmer overens med en meget skrå synsvinkel.

"Denne galakse minder os om vigtigheden af ​​multibølgelængdeobservationer, ser på objekter over en bred vifte af det elektromagnetiske spektrum, " sagde Elizabeth Hays, Fermi-projektets videnskabsmand ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Fermi, VLBA, og Chandra tilføjer hver et lag til vores voksende billede af dette objekt, afsløre deres egne overraskelser."

Fermi Gamma-ray Space Telescope er et partnerskab for astrofysik og partikelfysik, der administreres af NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Fermi er udviklet i samarbejde med det amerikanske energiministerium, med vigtige bidrag fra akademiske institutioner og partnere i Frankrig, Tyskland, Italien, Japan, Sverige, og USA.

NASAs Marshall Space Flight Center administrerer Chandra-programmet. Smithsonian Astrophysical Observatorys Chandra X-ray Center kontrollerer videnskab og flyveoperationer fra Cambridge og Burlington, Massachusetts.