Március elején bejelentették, hogy megtalálták az eddig ismert legtávolabbi rádiósugárzó aktív galaxismagot.
Ez a kvazár az Ősrobbanás után alig 800 millió éves korba enged visszatekintést.
Már maga a tény, hogy akkoriban ilyen objektumok egyáltalán léteztek, fejtörést okoz a kutatóknak.Kvazárok a „világ végén”
A Világegyetem 13,8 milliárd évvel ezelőtt született, anyaga mostanára változatos formákba rendeződött, a bolygóktól a csillagokon át a galaxisokig vagy a galaxishalmazokig – hogy csak a legismertebbeket említsük.
Izgalmas kérdés, hogy egy-egy objektumtípus első képviselői az Univerzum történetének mely korszakában jelenhettek meg először.
Az aktív galaxismagok önmagukban is igen különleges és ritka objektumok, a rádiósugárzók pedig különösen azok.
A becslések szerint átlagosan mintegy kétmillió „szokványos” spirálgalaxisra és elliptikus galaxisra jut egy rádiókvazár.
De mik azok a kvazárok?
Olyan galaxismagok, amelyek hatalmas sugárzási teljesítményéért a bennük levő szupernagy tömegű fekete lyuk felel, amely anyagot gyűjt be a környezetéből. A szuper jelző ez esetben tényleg nem túlzás, hisz ezek a fekete lyukak akár tízmilliárd naptömegűre is hízhatnak.
Hihetetlen teljesítményükhöz egyébként, amellyel túl tudják ragyogni a nekik otthont adó teljes galaxist, elég lehet mindössze néhány naptömegnyi anyagot bekebelezniük évente.
A kvazárokat eredetileg a rádiósugárzásuk alapján fedezték fel, az 1960-as évek elején. Kiderült, hogy a látható fény tartományában csillagszerűnek (vagyis pontszerűnek, nem kiterjedtnek) tűnnek az égen.
Az ezt körülíró angol elnevezésükből (quasi-stellar radio source, csillagszerű rádióforrás) származik a napjainkra már elterjedtté vált kvazár kifejezés.
A név olyan népszerű lett, hogy elkezdték használni olyan csillagszerűnek látszó aktív galaxismagokra is, amelyek a rádiótartományban nem is feltűnőek. Az ilyenekből sokkal több, mintegy tízszer annyi található – amit persze még mindig nem nevezhetünk túl gyakorinak.
A rádiókvazárokra visszatérve, ezek rádiósugárzása a központi fekete lyuk környezetéből kidobódó anyagnyalábokból ered. A fekete lyuk ugyanis nem feltétlenül kebelez be mindent a körülötte örvénylő, felforrósodó, ionizált anyagból. A plazma egy része az anyagbefogási korongra merőleges irányban, az erős mágneses tér hatására elhagyhatja a rendszert.
Elektromosan töltött, a mágneses erővonalak mentén kifelé spirálozó, a fénysebességet megközelítő gyorsasággal repülő részecskékről van szó. Ez a plazma szinkrotronsugárzást bocsát ki, az pedig jórészt a rádiótartományba esik, ezért is tudjuk megfigyelni e kvazárokat a rádiótávcsöveinkkel.
Az elmúlt években egyre több nagyon távoli kvazárt sikerült felfedezni, a mind érzékenyebbé váló csillagászati távcsöveknek és a nagyszabású égboltfelméréseknek köszönhetően.
De honnan tudjuk, hogy milyen messze vannak a kvazárok?
A csillagászati megfigyelőműszereink valójában „időgépek”, amelyekkel a régmúltba pillanthatunk vissza. A fény – és más elektromágneses hullámok, például a rádiósugárzás – terjedési sebessége ugyanis véges.
A Nap fénye csak alig több mint 8 percet utazik, amíg elér hozzánk a Földre, a távoli galaxisoké és kvazároké azonban sokkal többet.
Eközben a Világegyetem általános tágulása miatt minden hosszúság, így az általuk kibocsátott elektromágneses sugárzás hullámhossza is egyre csak növekszik. Mire elér a távcsöveinkbe, a jellegzetes színképvonalaknak a hullámhossza is megnyúlik.
Ezt nevezzük vöröseltolódásnak, amelyet a színképek elemzésével mérni tudunk, s amelynek a mértéke utal arra, milyen messziről utazott az a bizonyos fény.
Közel 7-es vöröseltolódás Távolságrekorder rádiókvazárt fedeztek fel erős anyagkilövellésekkel – olvashattuk a tudósításokban egy új csillagászati kutatási eredmény nyomán, amelynek a híre még a napi sajtóba is eljutott.
Ennek a kvazárnak a katalógusjele PSO J172.3556+18.7734. A számok az objektum égi koordinátáira, a betűk a Pan-STARRS1 (Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) égboltfelmérésre utalnak.
De maguk a felfedezést bejelentő nemzetközi kutatócsoport tagjai is röviden csak P172+18 néven emlegetik. Színképvonalainak mért vöröseltolódása 6,82, ami azt jelenti, hogy az Univerzum tágulása miatti megnyúlás majdnem 7-szer akkora, mint maga az eredeti, a Földön mérhető hullámhossz!
Ez annyit tesz, hogy a jelenleg elfogadott kozmológiai modellünk szerint az Ősrobbanás után még csak alig 800 millió év telt el, amikor a P172+18 most észlelt fénye (és persze rádiósugárzása) elindult felénk. Ez emberi léptékkel mérve soknak tűnik, de Földünk korának mindössze egyötöde.
Ahogy új adatokhoz jutnak a csillagászok, a távolsági rekordok időnként megdőlnek – sokszor éveket, néha csak hónapokat kell várni az újabb bejelentésig. A rádiókvazárok közül a kettővel korábbi rekorder egyébként jó tíz évig tartotta magát, 6,2-es vöröseltolódás-értékkel. Idén januárban 6,44-ra emelkedett a csúcs, majd nem sokkal később 6,82-ra. Meglehet, hogy a következő csúcstartó is hamarosan felbukkan.
Persze ez nem sportverseny, a rekordok mögött fontos, igazából még megválaszolatlan tudományos kérdések húzódnak meg.
Egyáltalán meddig tekinthetünk még vissza a múltba, amíg ilyen rádiókvazárokat láthatunk?
Mikor és hogyan alakulhattak ki a Világegyetem első szupernagy tömegű fekete lyukai, és mikor kezdtek anyagot befogni a környezetükből, majd plazmanyalábokat kilövellni onnan?
A P172+18 „motorját” jelentő fekete lyuk becsült tömege mintegy 300 millió naptömeg, és nagy ütemben hízik. De vajon hogy kezdte pályafutását, és mióta ilyen aktív?
Fiatal rádiókvazárok a fiatal Univerzumban
A P172+18 felfedezését jelentő publikáció megjelenésével egy időben a kutatócsoport beszámolt a kvazár rádiószerkezetét feltérképező mérésekről is. Ezt az amerikai VLBA (Very Long Baseline Array) interferométerrel végezték, amely tíz darab, egyenként 25 m átmérőjű rádiótávcső együtt dolgozó hálózata.
Az Észak-Amerikában, valamint a Karib-szigeteken és Hawaii-n telepített rádiótávcsövekkel a felbontóképesség szempontjából olyan nagy képzeletbeli műszert lehet előállítani, mint az egyes antennák közötti, akár sok ezer km-es távolság.
Az alkalmazott technika neve nagyon hosszú bázisvonalú interferometria (angol rövidítéssel VLBI), és segítségével még az ilyen távoli rádiósugárzó kvazárokban is akár mindössze tíz fényéves nagyságrendű struktúrákat lehet feltérképezni.
A P172+18 természetesen igen halvány, hiszen borzasztóan messze van tőlünk, mégis sikerült detektálni a VLBA-val.
A megfigyelések arra engednek következtetni, hogy egy nagyon fiatal, talán csak kb. ezer éve „beindult” plazmakifúvást látunk – mindez, ne feledjük, a több mint 13 milliárd éves régmúltban történt!
Az ilyen távoli, halvány rádiókvazárok feltérképezése nagy kihívás a VLBI hálózatok számára.
Emlékszem, amikor 2000 környékén felfedezték az első 6-ot megközelítő vöröseltolódású rádiókvazárt – az akkori távolsági csúcstartót –, nehezen akarták elfogadni az Európai VLBI Hálózathoz (EVN) benyújtott megfigyelési javaslatunkat.
Szerencsére végül – még ha első körben csak részben is – megtették, így egy magyar vezetésű csoportnak sikerült először megpillantania egy ennyire távoli, halvány objektum nagyfelbontású rádióképét.
Az azóta eltelt években még három újabb rekordert tanulmányoztunk az EVN-nel, és egész hasonló következtetésekre jutottunk, mint most a P172+18 kvazárt vizsgáló csoport: itt bizony fiatal, mindössze néhány száz vagy ezer éve ennyire aktív galaxismagokról lehet szó.
A képen:
Egy egykori távolsági csúcsartó, a J1427+3312 jelű kvazár (vöröseltolódás: 6,12) rádióképe 2007-ben az EVN-nek készült, 1,6 GHz frekvencián. Két komponenst detektáltunk, távolságuknak az égboltra eső vetülete mintegy 520 fényévnek felel meg.
A koordinátatengelyek – vízszintesen a rektaszcenzió, függőlegesen a deklináció – szögértékekben vannak skálázva, a számok ezredívmásodperceket (mas) jelölnek a fényességi csúcs helyzetéhez képest.
Ebből és az 5 GHz-en végzett mérésből akkor is a rádiószerkezet fiatal korára lehetett következtetni. (Forrás: Frey S. és társai 2008)
Egy kutatót mindig elégedettséggel tölt el, ha a korábbi eredményeit később más, újabb mérések is alátámasztják. Még nagyobb öröm, ha hivatkoznak is rájuk, mint ahogyan azt a mostani csapat megtette öt, 2003 és 2014 között megjelent publikációnkat is idézve.
Amikor a legelső – akkor nagyon távolinak számító, de ma már tudjuk, hogy az egyik legközelebbi – kvazárt, a 3C 273 jelűt felfedezték 1963-ban (színképvonalainak vöröseltolódása „mindössze” 0,158), hatalmas sugárzási teljesítménye komoly fejtörést okozott a csillagászoknak.
Azóta többé-kevésbé megértettük, hogyan működnek a rádiókvazárok, bár a részletek még bőven szolgának kutatni valóval. Napjainkra megközelíti az egymilliót az ismert – nem csak rádiósugárzó – kvazárok száma. De a vadászat az egyre távolabbi, a Világegyetem történetének hajnaláról hírt adó objektumokra tovább folytatódik.
A cél, hogy egyszer megérthessük az első szupernagy tömegű fekete lyukak kialakulásának, aktivitásuk beindulásának módját, és azt, hogy milyen befolyással voltak ezek a különleges objektumok a körülöttük levő formálódó galaxis további sorsára.
A többek között a legtávolabbi rádiókvazárok vizsgálatára irányuló kutatómunkánkat a Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézetben jelenleg a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal („Fiatalon és aktívan – rádiósugárzó galaxismagok a legfinomabb szögfelbontással”, OTKA K134213) támogatja.
Linkek:
Bañados E. és társai (2021): The discovery of a highly accreting, radio-loud quasar at z=6.82. Astrophysical Journal, megjelenés alatt (https://arxiv.org/abs/2103.03295)
Momjian E. és társai (2021): Resolving the Radio Emission from the Quasar P172+18 at z=6.82. Astronomical Journal, megjelenés alatt (https://arxiv.org/abs/2103.03481)
Távolságrekorder rádiókvazárt fedeztek fel erős anyagkilövellésekkel (csillagaszat.hu, 2021. március)https://www.csillagaszat.hu/hirek/tavolsagrekorder-radiokvazart-fedeztek-fel-eros-anyagkilovellesekkel/
Különös kvazár a „világ végén” (csillagaszat.hu, 2008. május)https://www.csillagaszat.hu/hirek/extragalaktikus-csillagaszat-hirek/exg-aktiv-galaxismagok/kulonos-kvazar-a-vilag-vegen/
Tetszett a cikkünk? Feltétlenül olvasd el a témában korábbi cikkünket is! Az egyik legtávolabbi kvazár üzen nekünk a Világegyetem pereméről!
Szintén a témában izgalmas élő előadással vár Frey Sándor és Steinmann Vilmos vasárnap este: Ami a szemnek láthatatlan – rejtőzködő égitestek rádiótávcsöves kalandjai
Szerző: Frey Sándor, Tudományos főmunkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Svábhegyi Csillagvizsgáló