Ukendt struktur i galaksen afsløret ved højkontrastbilleder

Som et resultat af at opnå et højt billeddynamisk rækkevidde har et hold af astronomer i Japan for første gang opdaget en svag radioemission, der dækker en gigantisk galakse med et energisk sort hul i midten. Radioemissionen frigives fra gas skabt direkte af det centrale sorte hul. Holdet forventer at forstå, hvordan et sort hul interagerer med sin værtsgalakse ved at anvende den samme teknik på andre kvasarer.

3C273, som ligger i en afstand af 2,4 milliarder lysår fra Jorden, er en kvasar. En kvasar er kernen i en galakse, der menes at huse et massivt sort hul i dets centrum, som sluger dets omgivende materiale og afgiver enorm stråling. I modsætning til dets intetsigende navn er 3C273 den første kvasar, der nogensinde er opdaget, den lyseste og bedst studerede. Det er en af ​​de hyppigst observerede kilder med teleskoper, fordi den kan bruges som en standard for position på himlen:med andre ord er 3C273 et radiofyrtårn.

Når du ser en bils forlygte, gør den blændende lysstyrke det udfordrende at se de mørkere omgivelser. Det samme sker med teleskoper, når du observerer lyse objekter. Dynamisk område er kontrasten mellem de mest strålende og mørkeste toner i et billede. Du har brug for et højt dynamisk område for at afsløre både de lyse og mørke dele i et teleskops enkeltbillede. ALMA kan regelmæssigt opnå billeddynamiske områder op til omkring 100, men kommercielt tilgængelige digitalkameraer vil typisk have et dynamisk område på flere tusinde. Radioteleskoper er ikke særlig gode til at se objekter med betydelig kontrast.

3C273 har i årtier været kendt som den mest berømte kvasar, men viden har været koncentreret om dens lyse centrale kerner, hvor de fleste radiobølger kommer fra. Der har dog været meget mindre kendt om selve værtsgalaksen, fordi kombinationen af ​​den svage og diffuse galakse med 3C273-kernen krævede så høje dynamiske områder at detektere. Forskerholdet brugte en teknik kaldet selvkalibrering til at reducere lækagen af ​​radiobølger fra 3C273 til galaksen, som brugte selve 3C273 til at korrigere for virkningerne af Jordens atmosfæriske udsving på teleskopsystemet. De nåede et billeddannende dynamisk område på 85.000, en ALMA-rekord for ekstragalaktiske objekter.

Som et resultat af at opnå et højt billeddynamisk rækkevidde opdagede holdet den svage radioemission, der strækker sig i titusindvis af lysår over værtsgalaksen 3C273. Radioemission omkring kvasarer antyder typisk synkrotronemission, som kommer fra meget energiske begivenheder som udbrud af stjernedannelse eller ultrahurtige jetfly, der kommer fra den centrale kerne. En synkrotronstråle findes også i 3C273, ses nederst til højre på billederne. En væsentlig egenskab ved synkrotronemission er dens lysstyrkeændringer med frekvensen, men den svage radioemission opdaget af holdet havde konstant lysstyrke uanset radiofrekvensen. Efter at have overvejet alternative mekanismer fandt holdet ud af, at denne svage og udvidede radioemission kom fra brintgas i galaksen, der blev aktiveret direkte af 3C273-kernen. Det er første gang, at radiobølger fra en sådan mekanisme viser sig at strække sig over titusindvis af lysår i en kvasars værtsgalakse. Astronomer havde overset dette fænomen i årtier i dette ikoniske kosmiske fyrtårn.

Så hvorfor er denne opdagelse så vigtig? Det har været et stort mysterium inden for galaktisk astronomi, om energien fra en kvasarkerne kan være stærk nok til at fratage galaksens evne til at danne stjerner. Den svage radioemission kan hjælpe med at løse det. Brintgas er en væsentlig ingrediens i at skabe stjerner, men hvis et så intenst lys skinner på den, at gassen skilles ad (ioniseres), kan ingen stjerner fødes. For at undersøge, om denne proces sker omkring kvasarer, har astronomer brugt optisk lys udsendt af ioniseret gas. Problemet med at arbejde med optisk lys er, at kosmisk støv absorberer lyset undervejs til teleskopet, så det er svært at vide, hvor meget lys gassen afgiver.

Desuden er mekanismen, der er ansvarlig for at afgive optisk lys, kompleks, hvilket tvinger astronomer til at gøre en masse antagelser. Radiobølgerne opdaget i denne undersøgelse kommer fra den samme gas på grund af simple processer og absorberes ikke af støv. Brug af radiobølger gør måling af ioniseret gas skabt af 3C273s kerne meget lettere. I denne undersøgelse fandt astronomerne ud af, at mindst 7 % af lyset fra 3C273 blev absorberet af gas i værtsgalaksen, hvilket skaber ioniseret gas, der svarer til 10-100 milliarder gange solens masse. 3C273 havde dog meget gas lige før dannelsen af ​​stjerner, så som helhed så det ikke ud til, at stjernedannelsen var stærkt undertrykt af kernen.

"Denne opdagelse giver en ny vej til at studere problemer, der tidligere er tacklet ved hjælp af observationer med optisk lys," siger Shinya Komugi, lektor ved Kogakuin University og hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort i The Astrophysical Journal . "Ved at anvende den samme teknik på andre kvasarer forventer vi at forstå, hvordan en galakse udvikler sig gennem sin interaktion med den centrale kerne." + Udforsk yderligere

Astronomer opdager en ny radiokilde af ukendt oprindelse