Róbert
16 °C
29 °C
Index - In English In English Eng

13 milliárd éves múltba pillantottak magyar csillagászok

2011.06.29. 15:51
A jelenleg ismert legtávolabbi rádiósugárzó kvazárt abban az állapotában figyelhetjük meg, amikor a Világegyetem még csak 900 millió éve létezett. Rádiótávcsövekkel vizsgálták meg az aktív galaxismag legbelső tartományát.

A J1429+5447 jelű kvazár (aktív galaxismag) színképvonalainak vöröseltolódása 6,2. Ezzel pillanatnyilag távolsági csúcstartó a rádiókvazárok között, egészen addig, amíg nem találnak egy vagy több másikat, amelyek segítségével még ennél is messzebre tekinthetünk vissza az Univerzum múltjába. Nem véletlen, hogy a J1429+5447 felkeltette a kutatók érdeklődését. Napjainkban alig néhány tucatnyi kvazár ismert z>6 vöröseltolódással, és közülük is csak négy bocsát ki jelentősebb rádiósugárzást. Tőlünk mért óriási távolságuk miatt még így is rendkívül halványaknak látszanak: a J1429+5447 fluxussűrűsége például az 1,6 GHz-es frekvencián mérve – a rádiócsillagászok által használt egységekben kifejezve – az 1 mJy (millijansky) nagyságrendjébe esik. Hétköznapi mértékegységekre átszámolva ez 10-29 W/m2/Hz-nek felel meg, vagyis 1 m2 gyűjtőfelületre, 1 Hz szélességű frekvenciasávban ekkora sugárzási teljesítmény jut: wattban kifejezve 0 egész, és az első értékes tizedesjegyig még 28 nulla.

20110629j1429-kep2

A kvazárok olyan aktív galaxismagok, amelyeknek a sugárzása egy központi, akár több száz millió vagy több milliárd naptömegű fekete lyuk közvetlen közeléből érkezik. A hatalmas energia forrása a szupernagy tömegű fekete lyukba behulló anyag. Ennek egy része a forgástengely mentén két ellentétes irányban elhagyja a centrumot. Az erős mágneses térben kifelé spirálozó, a fényét megközelítő sebességgel haladó, elektromosan töltött részecskék bocsátják ki a rádiósugárzásást. Az asztrofizika egyik nagy kérdése, hogy az ősrobbanás után ilyen rövid időn belül hogyan alakulhattak ki, és életük kezdő szakaszában hogyan fejlődtek a szupernagy tömegű fekete lyukak és a körülöttük levő galaxisok.

Egy magyar vezetésű csillagászcsoport tavaly májusban és júniusban az Európai VLBI Hálózatot (EVN) használta arra, hogy a lehető legnagyobb felbontással feltérképezze a J1429+5447 rádiószerkezetét. A mérések két frekvencián (1,6 GHz és 5 GHz) folytak, hogy minél több információ álljon rendelkezésre a rádiósugárzás természetéről. A hálózat nyugat-keleti irányban Angliától Kína keleti partvidékéig, észak-déli irányban Svédországtól Sanghajig terjedt. A 11 résztvevő rádióteleszkóp között az európai kontinensen levők mellett szerepeltek távol-keleti (kínai és oroszországi) antennák is. A VLBI (nagyon hosszú bázisvonalú interferometria) technikája lehetővé teszi, hogy a megfigyelt célpontról az egyes távoli rádióteleszkópokhoz külön-külön beérkező, és ott rögzített adatokat kombinálják. Így a felbontás tekintetében egy a Földével vetekedő méretű képzeletbeli rádiótávcső hozható létre.

A kvazár legbelső, központi tartományából érkező rádiósugárzást sikerült mindkét frekvencián megfigyelni. Ehhez 6-6 óráig tartó adatgyűjtésre volt szükség. A kettő közül a jobb felbontást nyújtó 5 GHz-es térképen a legbelső kb. 2 ezred ívmásodperces szögkiterjedésű tartomány látható. Ez a kvazár távolságában mindössze 40 fényévnek felel meg. Maga a detektálás ténye bizonyítja, hogy aktív galaxismagról van szó, hiszen nem ismerünk más olyan mechanizmust, amely az itt megfigyelhető rádiósugárzást előállíthatná. A kvazár a kompakt, de kissé felbontott (nem pontszerűnek látszó) szerkezete és rádiószínképe alapján igen hasonló a korábban már VLBI módszerrel vizsgált másik két, közel ugyanilyen távoli objektumhoz. Okkal feltételezhető, hogy mindhárom esetben fiatal, aktív életszakaszuk kezdetén levő rádiókvazárokat látunk.

20110629j1429-kep1.gif

A VLBI megfigyelésekkel lényegében egyidőben egy amerikai vezetésű kutatócsoport szén-monoxid molekuláktól származó emissziós vonalakra vadászott a J1429+5447 rádiószínképében. A Világegyetem tágulása miatt fellépő vöröseltolódás következtében ezeknek a vonalaknak a hullámhossza is megváltozik (növekszik), mire a földi műszereinkkel felfogjuk a majdnem 13 milliárd éve indult sugárzást. Az ennek megfelelő frekvenciasávban a megfigyeléseket a 27 elemű amerikai VLA rádiótávcső-hálózat most folyó modernizálása tette lehetővé. A szén-monoxid egyik, CO (2-1) jelű emissziós vonalában feltérképezve a kvazárt, érdekes kép tárult a csillagászok elé. Két, egymástól jó 20 ezer fényévre levő komponenst találtak, amelyek közül a fényesebbik helyzete egybeesik a VLBI térképen látható rádióforrás (és az optikai felvételeken felfedezett kvazár) pozíciójával.

A sugárzásra gerjesztett, nagy mennyiségben jelen levő szén-monoxid molekula az intenzív csillagkeletkezés egyik nyomjelzője. A megfigyelés tehát jól illeszkedik abba a képbe, hogy a Világegyetem legkorábban létrejött nagy tömegű galaxisaiban egymással párhuzamosan folyt a heves csillagkeletkezés (évente akár több száz vagy ezer naptömegnyi csillag kialakulása a csillagközi gázból) és a központi fekete lyuk gyors ütemű hízása. A nagy tömegű galaxisok és magjaik gyors kialakulásában a modellek szerint fontos szerepet játszottak a galaxis-összeolvadások. Ebben az esetben is feltehetően két, egymással épp egyesülő galaxisról lehet szó, amelyek közül a mostani pillanatfelvétel szerint csak az egyiknek a magja aktív – ahogyan azt a VLBI eredmények is igazolják.

A VLBI megfigyeléseket végző kutatócsoport tagjai: Frey Sándor (FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatórium), Leonid Gurvits, Paragi Zsolt (JIVE, Hollandia), Gabányi Krisztina (MTA Fizikai Geodézia és Geodinamikai Kutatócsoport) és Cseh Dávid (CEA, Franciaország). A munka az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA, K72515) támogatásával folyt. Az EVN-hez való hozzáférést az Európai Unió a 7. Kutatás-Fejlesztési Keretprogram RadioNet projektje keretében segítette. Az eredményeket ismertető cikk az Astronomy and Astrophysics című folyóiratban jelent meg, kézirata az arXiv szerverén bárki számára elérhető.