A galaxismag megállíthatja a csillagkeletkezést

Hiába kisebb egy galaxis közepén levő szupernagy tömegű fekete lyuk eseményhorizontja, mint a Naprendszer mérete, aktivitása mégis elegendő lehet ahhoz, hogy kifújja a galaxisból az új csillagok keletkezéséhez szükséges gázt. Erre a visszacsatoló hatásra szolgáltatott minden eddiginél meggyőzőbb bizonyítékot egy holland, magyar és olasz kutatókból álló csillagászcsoport.

Az általuk vizsgált 4C 12.50 jelű erős rádióforrás egy ultrafényes infravörös galaxisban található. Most felfogott sugárzása másfél milliárd éve indult felénk, amikor a világegyetem még alig több mint 12 milliárd éves volt.

A galaxisokban a csillagok keletkezésének üteme a mintegy 10 milliárd évvel ezelőtti korszakban érte el a csúcsát, azóta folyamatosan csökken. Közvetlen kozmikus környezetünkben a spirálgalaxisok, mint a mi Tejútrendszerünk is, kényelmes, évi néhány naptömegnyi gázt felemésztő tempóban alakítják át a csillagközi gázfelhők anyagát új csillagokká. Az óriási elliptikus galaxisokban azonban mostanra lényegében megszűnt a csillagkeletkezés. Hogy ennek a leállásnak mi lehet az oka, arra adott egy lehetséges választ a 4C 12.50 nagyfelbontású rádió-interferométeres vizsgálata.

Tudjuk, hogy a legtöbb galaxis közepén megtalálható egy szupernagy tömegű fekete lyuk. Méretük a néhány milliótól a néhány milliárd naptömegig terjedő skálán változhat. Kiderült az is, hogy minél nagyobb egy galaxis, annál tekintélyesebb a magja: a galaxismagok és az azokat tartalmazó galaxisok tömege között meglepően szoros összefüggés áll fenn. Ez felveti azt a lehetőséget, hogy fejlődésük, növekedésük során meghatározó befolyással vannak egymásra.

Ha a mag aktív, a közvetlen közeléből a galaxis anyaga, spirális pályán mozogva, végül behull a fekete lyukba. A befogott üzemanyag nyugalmi tömegének megfelelő energia számottevő része eközben elektromágneses sugárzás, illetve kétoldali, szimmetrikus plazmakiáramlások (jetek) formájában elhagyja a galaxismagot.

A jetekből érkező intenzív rádiósugárzás volt most a kutatók segítségére. Ez hátulról mintegy megvilágítja a 4C 15.50 galaxisában a látóirányunkba eső csillagközi hidrogéngázt. Az atomos hidrogén (HI) a 21 cm-es hullámhosszú rádiótartományba eső színképvonalában a sugárzás egy részét elnyeli. Az elnyelési színképvonal mélységéből a gáz mennyiségére, hullámhossz-eltolódásából pedig a gázfelhők látóirányú sebességére lehet következtetni.

Az már korábban is ismert volt, hogy a 4C 12.50 irányában számottevő a HI elnyelése. Épp ezért vált az új megfigyelések célpontjává. Hogy a galaxison belül pontosan hol lép fel az elnyelés, azt csak nagyon hosszú bázisvonalú interferometriás (VLBI) mérésekkel lehetett megállapítani. A megfigyelési programban amerikai és európai rádióteleszkópok vettek részt. Ezek összehangolt méréseit kombinálva egy olyan képzeletbeli rádiótávcső állítható elő, amelynek szögfelbontását az egyes antennák közti legnagyobb, akár sok ezer kilométeres távolság határozza meg.

Az érzékeny mérések alapján kiderült, hogy a gyors kifúvás a magtól mintegy 400 fényév távolságban ütközik a csillagközi anyag felhőibe. A déli, a látóirányunk felé mutató jetben a fényét megközelítő sebességgel mozgó plazma kölcsönhatásba kerül a hideg csillagközi hidrogéngázzal, eltávolítva azt a galaxis központi vidékéről. A gázt a becslések szerint évente 20-30 naptömegnyi veszteség érheti. A teljes felhőben kb. 16 ezer naptömegnyi anyag található. Sikerült tehát közvetlen bizonyítékot találni a jet és a csillagközi anyag - a későbbi itteni csillagkeletkezésre nézve végzetes - kölcsönhatására.

Emellett egy másik elnyelési színképvonalat, és az azért felelős sűrű gázfelhőt is lokalizáltak, a maghoz sokkal közelebb, a szimmetrikus jet-pár ellenkező, északi oldalán. Ennek a tömege legalább 140 ezerszerese a Napénak, kiterjedése megközelíti a 200 fényévet.

A 4C 12.50 egy olyan galaxismag, amelyben az aktivitás korábban valószínűleg már leállt, majd később újraindult. A régebbi aktív időszak maradványai a galaxis külső részén, mint halvány, kiterjedt rádiósugárzó felhők jelennek meg. A jeteknek a csillagközi anyagra gyakorolt kisöprő hatása egy galaxis élete során ciklikusan, akár többször is működésbe léphet. A hatás minden bizonnyal akkor a legnagyobb, amikor az aktív galaxismag még fiatal: a beinduló jetek kezdetben hatékonyan megtisztítják a galaxis központi vidékeit a gáztól. Utána már csak a rend fenntartására van szükség. Könnyen meglehet, hogy általában az elliptikus galaxisok - amilyenné majd a 4C 12.50 most még aktív csillagkeletkezést mutató anyagalaxisa válik - csillagközi anyagtól való megtisztításában a rádió jetek meghatározó szerepet játszanak.

A Science magazin szeptember 6-ai számában megjelenő cikk szerzői: Raffaella Morganti (Holland Rádiócsillagászati Intézet, ASTRON), Fogasy Judit (Eötvös Loránd Tudományegyetem, ELTE), Paragi Zsolt (Európai VLBI Intézet, JIVE, Hollandia), Tom Oosterloo (ASTRON) és Monica Orienti (Olasz Rádiócsillagászati Intézet, IRA).