Nem sokkal később röntgen-, majd rádiótartományban is sikerült detektálni a sugárzását. Egy ideig úgy tűnt, hogy egy távoli aktív galaxismag kitöréséről lehet szó. Mostanra világossá vált, hogy egy sokkal közelebb, a saját Tejútrendszerünkben található különleges objektum felelős a jelenségért. De mégis milyen, és hol lehet?
AT-ügyi emlékeztető
Az AT 2019wey felfedezéséről és addigi történetéről a Svábhegyi Csillagvizsgáló blogjának 2020. december 28-i bejegyzésében számoltunk be. Természetesen nem várhatjuk el minden kedves olvasónktól, hogy emlékezzenek az akkor leírtakra. Ráadásul nyilván vannak olyanok is, akik csak később váltak a blog követőivé. Így az elején érdemes röviden összefoglalni, hogy miről is van szó.
Először megmagyarázzuk a jelölést. Az AT a csillagászati tranziens jelenségek angol nevének (astronomical transients) rövidítése. Sokféle dolog tartozhat közéjük. Közös tulajdonságuk, hogy hirtelen változásokról van szó: olyasmi jelenik meg az égen, amiről korábban nem voltak ismereteink. További megfigyelések révén, idővel általában sikerül azonosítani e jelenségek eredetét. Lehetnek például szupernóva-robbanások, nóvakitörések, csillagok hirtelen felfénylései, aktív galaxismagok nagy energiájú kitörései. A csillagászati tranziensek közé tartoznak még a gamma-kitörések, a gyors rádiókitörések, a gravitációshullám-események is. Egy részük nagyon rövid ideig, akár csupán a másodperc töredékéig tart, miközben a jelenséget előidéző égitest meg is semmisül. Más tranzienseket napokig, hetekig, hónapokig vagy akár évekig lehet még tanulmányozni.
Az AT után az évszám a felfedezés évét – a szóban forgó eseménynél 2019-et – jelöli, a három betű – a mi esetünkben: wey – pedig az éven belüli sorrendet kódolja. (Egy rövid kitérő: a véletlen sokszor tréfás betűsorokat is alkot, az AT 2018cow jelű nevezetes „szuperfényes szupernóván” például rajta ragadt a tehén becenév – a cow angolul ugyanis ezt jelenti.)
Az AT 2019wey 2019. december 7-én tűnt fel a Hawaii-szigeteken a NASA támogatásával működő ATLAS (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System) égboltfelmérő programban. Nem sokkal később, 2020 februárjában az Európai Űrügynökség (ESA) Gaia űrszondája is megtalálta. Az információ nyomán keresésbe kezdtek a csillagászok, és először a röntgentartományban, az orosz Szpektr-RG űrtávcső segítségével sikerült detektálni. 2020 májusában magyar részvétellel, az amerikai VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) rádiótávcső-hálózattal végzett megfigyelések nyomán kiderült, hogy egy eddig nem ismert új, kompakt rádióforrás is megjelent az égen. Ez a „valami” az északi égbolton, a Zsiráf (Camelopardalis) csillagkép irányában látszik, egyenlítői koordinátái 4 óra 35 perc 23,28 másodperc rektaszcenzió és +55 fok 22 perc 34,25 másodperc deklináció (2000,0 epochára vonatkozó koordináták).
Hogy pontosan mi is ez a valami, az kezdetben elég kézenfekvőnek tűnt. A röntgen- és rádiódetektálás alapján egy aktív galaxismagra, még pontosabban egy blazárra gyanakodtak. Ezek olyan távoli aktív galaxismagok, amelyek gyakran produkálnak kitöréseket. Bennük egy szupernagy tömegű (akár sok millió vagy milliárd naptömeggel egyenértékű) fekete lyuk anyagot fog be a környezetéből. A forgó anyagbefogási korongban koncentrálódó, felforrósodott anyag, valamint a fekete lyuk által végül el nem nyelt, a forgástengely irányában a fényéhez közeli sebességgel kidobott plazmanyalábok szinte a teljes elektromágneses tartományban nagy teljesítménnyel sugároznak. Ráadásul nem is egyenletesen, hiszen a fekete lyuk étvágya időnként megnőhet – ilyenkor történnek a kitörések. A blazárok plazmanyalábjainak speciális a helyzete, majdnem pontosan felénk mutatnak. Emiatt sugárzásuk még számottevő mértékben fel is erősödik.
Az AT 2019wey szerencsére nem volt egy gyorsan elhalványuló tranziens, vagyis nem tűnt el rövid idő leforgása alatt, így sikerült róla – ugyancsak magyar kutató részvételével – optikai színképet rögzíteni. Ezzel mindjárt meg is lehetett cáfolni az extragalaktikus eredetet, hiszen a színképvonalai nem mutatták a távoli galaxisokra jellemző, a Világegyetem tágulásából adódó vöröseltolódást. Bebizonyosodott tehát, hogy a tranziens jelenség forrását saját „házunk táján”, a Tejútrendszeren belül kell keresni. Annál is inkább, mert a galaktikus szélessége mindössze 5 fok körüli, vagyis a Tejútrendszer fősíkja környezetében található. Ettől persze még jöhetne a sugárzása messze a galaxisunk határain túlról is, de az egybeesés azért gyanakvásra adhat okot.
KÖZELI CSILLAGKÍSÉRŐJE ANYAGÁT BEFOGÓ FEKETE LYUK EGY SZOROS KETTŐS RENDSZERBEN. (FANTÁZIAKÉP: IAC) HTTPS://WWW.IAC.ES
Galaktikus röntgenkettős
Ha nem egy távoli galaxisban, hanem a miénkben található a hirtelen feltűnt jelek forrása, akkor természetesen a sugárzási teljesítménye is nagyságrendekkel kisebb – hiszen mi ugyanolyan fényesnek látjuk, mint egy messzi aktív galaxismagot, de ez a közelünkben van. Érdekes módon azonban a fizikai folyamatok, amelyek a sugárzást keltik, lényegében azonosak. Itt is anyagbefogásról van szó, csak nem egy szupernagy tömegű fekete lyuk „falatozik” egy galaxis centrumában, hanem egy csillagtömegű fekete lyuk (esetleg egy neutroncsillag) fog be anyagot csillagkísérőjéről. Ezeket a szoros, anyagátadással jellemezhető, jellegzetes röntgensugárzást kibocsátó kettőscsillag-rendszereket nevezzük röntgenkettősöknek. A jelenleg legjobbnak tűnő elképzelés szerint az AT 2019wey hirtelen feltűnését az égen az anyagbefogás felgyorsulása okozhatta a kettős rendszerben. Az is lehet, hogy éppen beindulni látjuk egy eddig a műszereink elől rejtve maradt rendszer aktív működési szakaszát. A röntgenkettősök mindenesetre létezésük legnagyobb részét nyugalomban töltik, csak időnként produkálnak kitöréseket, amelyek a néhány naptól a néhány évig terjedő időskálán tehetik őket igazán látványossá.
A legélesebb „rádiószemekkel” az AT 2019wey nyomában
Kutatócsoportunk már akkor kezdeményezte az AT 2019wey vizsgálatát a lehető legfinomabb felbontást nyújtó rádió-interferométeres módszerrel, amikor az még inkább aktív galaxismagnak hitték. Akár egy blazárról, akár egy galaktikus röntgenkettősről van szó, a nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (very long baseline interferometry, VLBI) segítségével mindenképpen értékes információt nyerhetünk a rádiósugárzó objektumról. Az egymástól akár sok ezer km-es távolságban, más-más földrészeken elhelyezett rádióteleszkópok összehangolt méréseivel a cm-es hullámhosszakon az ívmásodperc ezredrészét is elérő felbontást lehet elérni – ekkorának látszana (már ha látszana) egy ember a Hold távolságában! Ha egy égi rádióforrást sikerül detektálni egy ilyen hálózattal, akkor biztosak lehetünk benne, hogy meglehetősen kompakt: a nagy teljesítményű sugárzás egy igen kis térrészből ered.
AZ EVN ANTENNÁI NEM CSAK EURÓPÁBAN, DE ÁZSIÁBAN ÉS AFRIKÁBAN IS MEGTALÁLHATÓK. (KÉP: PAUL BOVEN / JIVE) HTTPS://ORP-H2020.EU/
2020 októberében először az Európai VLBI Hálózattal (European VLBI Network, EVN) sikerült „rádiótávcsővégre kapni” az AT 2019wey-t. A mérésekhez a 6,7 GHz-es frekvencia környékén érzékeny vevőberendezéseket használtunk. Mint kiderült, a tranziens nemhogy halványult volna, de még felszálló ágban volt: hatszor fényesebb lett, mint a közel fél évvel korábbi VLA megfigyelések idején. Időközben sikerült észlelési időt kapnunk az amerikai VLBA (Very Long Baseline Array) interferométernél is. A 2020. novemberben és decemberben elvégzett méréssorozat célja a rádiószerkezet és a fényesség változásainak felderítése volt. Az is érdekes kérdésként merült fel, hogy vajon érzékelhető-e a rádióforrás látszólagos elmozdulása az égen ilyen rövid idő leforgása alatt. A VLBA mérések már három különböző frekvencián – úgy is mondhatnánk, hogy három eltérő „színben” – készültek, ami reményt adott a sugárzás fizikai eredetének jobb megértésére is.
A VLBA EGY 10 ANTENNÁBÓL ÁLLÓ INTERFEROMÉTERES HÁLÓZAT ÉSZAK-AMERIKÁBAN, NYUGATON HAWAII-IG, KELETEN A KARIB-SZIGETEKIG NYÚLIK. (KÉP: J. HELLERMANN, NRAO / AUI / NSF) HTTPS://PUBLIC.NRAO.EDU/WP-CONTENT/UPLOADS/2020/07/NRAO20DF05A.JPG
A két hónapon belül három különböző időpontban elvégzett VLBI mérésekből kiderült, hogy a rádióforrás fényessége nem nagyon függ a frekvenciától az 1,6 és 6,7 GHz közötti tartományban. Ez, az intenzitás gyors változása, valamint a forrás kompakt megjelenése és fényessége arra utal, hogy a röntgenkettősben anyagot befogó objektum (fekete lyuk) környezetéből kilövellő plazmanyaláb legbelső részének szinkrotronsugárzását látjuk. A nyalábban nem sikerült elmozduló komponenst találni.
Ez utóbbi mondat egyszerűnek és világosnak hangzik, de talán ez a dolog okozta a legnagyobb fejtörést az adatok elemzése során. Általában is igaz, hogy azok az eredmények izzasztják meg a legjobban a kutatókat, amikor valaminek a hiányát kell bebizonyítani. Ilyenkor ugyanis még körültekintőbben ki kell zárni minden tévedés lehetőségét, és többször átgondolni, hogy a méréseket miféle hibák befolyásolják. Lehet, hogy csak azért nem látunk valamit, mert rossz módszerrel keressük? A VLBI technikával végzett pozíciómérésekhez viszonyítási pontként egy-egy közelben látszó, jól ismert koordinátájú fényes rádióforrást (jellemzően egy távoli aktív galaxismagot) használunk. Nem mindegy azonban, hogy mekkora a célpont és e referenciapont szögtávolsága az égen, valamint az sem, hogy mekkora a jel/zaj arány a méréseink során. Végül meggyőződtünk róla, hogy a két hónap alatt az AT 2019wey pozíciója nem változott az ívmásodperc néhány tízezred (!) részénél nagyobb mértékben – a mozdulatlansága tehát ezen a határon belül értendő.
AZ AT 2019WEY VÁZLATOS HELYZETE A TEJÚTRENDSZERBEN (BALRA FENT), VALAMINT AZ EVN (JOBBRA FENT) ÉS VLBA HÁLÓZATOKKAL KÉSZÍTETT INTERFEROMÉTERES TÉRKÉPEI. A VÍZSZINTES (REKTASZCENZIÓS) ÉS FÜGGŐLEGES (DEKLINÁCIÓS) TENGELYEN A BEOSZTÁS EZRED ÍVMÁSODPERCEKBEN (MAS) ÉRTENDŐ, A (0,0) PONT A FÉNYESSÉGI CSÚCS. A HÁLÓZAT FELBONTÁSÁT JELKÉPEZŐ ELLIPSZISEK A TÉRKÉPEK BAL ALSÓ SARKÁBAN TALÁLHATÓK: ILYENNEK LÁTNÁNK EGY TELJESEN PONTSZERŰ RÁDIÓFORRÁST, MIVEL A RÁDIÓTÁVCSŐ-HÁLÓZAT KITERJEDÉSE ÉS ÍGY A FELBONTÁSA IS VÉGES. A SZÖGFELBONTÁS UGYANAZZAL A HÁLÓZATTAL A FREKVENCIA NÖVELÉSÉVEL (BALRÓL JOBBRA) JAVUL. (KÉP: H. CAO ÉS MUNKATÁRSAI, 2022)
A VLBI térképezés eredményét, vagyis hogy mennyire kompaktnak látunk egy rádiósugárzó égitestet, adott esetben az is befolyásolja, hogy milyen közegen át jut el rádióteleszkópjainkig a sugárzás. Ha a célpont eredetileg igen kis méretű, akkor a megfigyelt képe kissé „szétkenődik”, mire a rádiósugárzása a Tejútrendszer ionizált csillagközi gázanyagán áthalad. E hatás mértéke függ a megfigyelés frekvenciájától: minél kisebb a frekvencia, annál inkább kiszélesedik a kép. Az effektust az AT 2019wey háromfrekvenciás VLBA méréseinél sikerült is tetten érni. Ennek alapján még a röntgenkettős távolságára is hozzávetőleges becslést lehet adni, ha feltételezzük, hogy egy spirálkar anyagán haladt keresztül a felénk jövő rádiósugárzása. Mivel nagyjából tudjuk, mekkora ionizált csillagközi gázoszloptól várjuk a mért hatást, megállapíthatjuk, hogy legalább 6 kiloparszek (20 ezer fényév) távolságban kell lennie a rádiósugárzó forrásnak.
Az AT 2019wey még 2020 végén és 2021 elején is aktív rádióforrás maradt. A röntgentartományban végzett megfigyelések is alátámasztják, hogy egyelőre nincs szó az elhalványodásáról. Szolgálhat tehát még egyéb érdekességekkel, így az is előfordulhat, hogy nem most hallunk róla utoljára!
Az eredményekről beszámoló tudományos publikáció:
Cao H.-M., Migliori G., Giroletti M., Frey S., Yang J., Gabányi K.É., Cui L., An T., Hong X.-Y., Zhang W.-D. (2022): A long-lived compact jet in the black hole X-ray binary candidate AT2019wey. Astronomy and Astrophysics, Vol. 657, id. A104 https://doi.org/10.1051/0004-6361/202142241
A 2020. decemberi blogbejegyzésünk a témában:
Rejtélyes kozmikus felfénylés nyomában az égen: AT 2019wey (https://www.svabhegyicsillagvizsgalo.hu/blog-post/rejtelyes-kozmikus-felfenyles-nyomaban-az-egen-at-2019wey/)
Szerző: Frey Sándor/ Tudományos főmunkatárs
CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet