Ukjent struktur i galaksen avslørt ved høykontrastavbildning

Som et resultat av å oppnå høy dynamisk rekkevidde, har et team av astronomer i Japan for første gang oppdaget en svak radiostråling som dekker en gigantisk galakse med et energisk svart hull i sentrum. Radioemisjonen frigjøres fra gass skapt direkte av det sentrale sorte hullet. Teamet forventer å forstå hvordan et svart hull samhandler med vertsgalaksen ved å bruke samme teknikk på andre kvasarer.

3C273, som ligger i en avstand på 2,4 milliarder lysår fra Jorden, er en kvasar. En kvasar er kjernen til en galakse som antas å huse et massivt svart hull i midten, som svelger det omkringliggende materialet og avgir enorm stråling. I motsetning til det intetsigende navnet, er 3C273 den første kvasaren som noen gang er oppdaget, den lyseste og best studerte. Det er en av de hyppigst observerte kildene med teleskoper fordi den kan brukes som en standard for posisjon på himmelen: med andre ord, 3C273 er ​​et radiofyrtårn.

Når du ser frontlyset på en bil, gjør den blendende lysstyrken det utfordrende å se de mørkere omgivelsene. Det samme skjer med teleskoper når du observerer lyse objekter. Dynamisk område er kontrasten mellom de mest strålende og mørkeste tonene i et bilde. Du trenger en høyt dynamisk område å avsløre både de lyse og mørke delene i et teleskops enkeltskudd. ALMA kan regelmessig oppnå avbildningsdynamiske områder opp til rundt 100, men kommersielt tilgjengelige digitale kameraer vil typisk ha et dynamisk område på flere tusen. Radioteleskoper er ikke så gode til å se objekter med betydelig kontrast.

3C273 har vært kjent i flere tiår som den mest kjente kvasaren, men kunnskapen har vært konsentrert om dens lyssterke sentrale kjerner, der de fleste radiobølger kommer fra. Mye mindre har imidlertid vært kjent om selve vertsgalaksen fordi kombinasjonen av den svake og diffuse galaksen med 3C273-kjernen krevde så høye dynamiske områder å oppdage. Forskerteamet brukte en teknikk kalt selvkalibrering for å redusere lekkasjen av radiobølger fra 3C273 til galaksen, som brukte selve 3C273 for å korrigere for effekten av jordens atmosfæriske svingninger på teleskopsystemet. De nådde et avbildningsdynamisk område på 85 000, en ALMA-rekord for ekstragalaktiske objekter.

Som et resultat av å oppnå høy bildebehandling dynamisk rekkeviddeoppdaget teamet besvimelsen radioutslipp som strekker seg i titusenvis av lysår over vertsgalaksen 3C273. Radioutslipp rundt kvasarer antyder vanligvis synkrotronutslipp, som kommer fra svært energiske hendelser som utbrudd av stjernedannelse eller ultraraske jetfly som kommer fra den sentrale kjernen. En synkrotronstråle finnes også i 3C273, sett nederst til høyre på bildene. Et vesentlig kjennetegn ved synkrotronutslipp er lysstyrkeendringer med frekvens, men den svake radioemisjonen oppdaget av teamet hadde konstant lysstyrke uavhengig av radiofrekvensen. Etter å ha vurdert alternative mekanismer fant teamet ut at denne svake og utvidede radiostrålingen kom fra hydrogengass i galaksen energisert direkte av 3C273-kjernen. Dette er første gang radiobølger fra en slik mekanisme er funnet å strekke seg over titusenvis av lysår i vertsgalaksen til en kvasar. Astronomer hadde oversett dette fenomenet i flere tiår i dette ikoniske kosmiske fyrtårnet.

Så hvorfor er denne oppdagelsen så viktig? Det har vært et stort mysterium innen galaktisk astronomi om energien fra en kvasarkjerne kan være sterk nok til å frata galaksens evne til å danne stjerner. Den svake radiostrålingen kan bidra til å løse det. Hydrogengass er en essensiell ingrediens for å lage stjerner, men hvis et så intenst lys skinner på den at gassen demonteres (ioniseres), kan ingen stjerner bli født. For å studere om denne prosessen skjer rundt kvasarer, har astronomer brukt optisk lys slippes ut av ionisert gass. Problemet med å jobbe med optisk lys er at kosmisk støv absorberer lyset underveis til teleskopet, så det er vanskelig å vite hvor mye lys gassen avgir.

Dessuten er mekanismen som er ansvarlig for å avgi optisk lys kompleks, noe som tvinger astronomer til å gjøre mange antakelser. Radiobølgene som ble oppdaget i denne studien kommer fra den samme gassen på grunn av enkle prosesser og absorberes ikke av støv. Ved hjelp av radiobølger gjør det mye enklere å måle ionisert gass skapt av 3C273s kjerne. I denne studien fant astronomene at minst 7 % av lyset fra 3C273 ble absorbert av gass i vertsgalakse, skaper ionisert gass som utgjør 10–100 milliarder ganger solens masse. Imidlertid hadde 3C273 mye gass rett før dannelsen av stjerner, så som helhet så det ikke ut som om stjernedannelse ble sterkt undertrykt av kjernen.

“Denne oppdagelsen gir en ny vei til å studere problemer som tidligere ble taklet ved bruk av observasjoner av optisk lys,” sier Shinya Komugi, en førsteamanuensis ved Kogakuin University og hovedforfatter av studien publisert i The Astrophysical Journal. “Ved å bruke samme teknikk på andre kvasarer, forventer vi å forstå hvordan en galakse utvikler seg gjennom sin interaksjon med den sentrale kjernen.”

---

---

Levert av Alma Observatory