Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Luty 2025
< poprzedni Archiwum
S-kręcone dżety radiowe emanujące z okolic precesującej supermasywnej czarnej dziury
Galaktyki doświadczają w swoim życiu wielu poważnych zmian, podczas których ich struktura i skład przechodzą głęboką przemianę. Prezentowany w tym miesiącu obiekt, kwazar PKS 2300-18, został uchwycony w wyjątkowym okresie swej ewolucji – ukierunkowanych długoczasowych wyrzutów relatywistycznej plazmy formujących, widoczne na falach radiowych, olbrzymie płaty o charakterystycznym kształcie litery S. Badacze odkryli, że ta unikatowa struktura powstała w wyniku precesji supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum badanego obiektu. Dzięki kompleksowej analizie wieloczęstotliwościowych danych radiowych autorzy poznali skomplikowaną dynamikę tej galaktyki, obejmującą skale od kilku dni świetlnych aż do kilku megaparseków, rzucając tym samym światło na zagadkę tej niezwykłej struktury.

Radiogalaktyki charakteryzują podwójne skolimowane relatywistyczne wypływy -- dżety, które ustawiają się zgodnie z osią obrotu supermasywnej czarnej dziury, i które rozciągają się zazwyczaj na miliony lat świetlnych. Wypływy te prowadzą często do powstawania wielkoskalowych płatów emitujących fale radiowe. Radiogalaktyki wykazują szeroką gamę kształtów. Te przypominające strukturę w kształcie litery S są szalenie interesujące, ale stosunkowo rzadkie. Mogą one jednak być doskonałymi narzędziami do badania ewolucji przestrzennej spinu (osi obrotu) czarnej dziury, gdyż S-kształtna symetria ich dżetów wskazuje na leżącą u jej podstaw precesję.
Autorzy przeprowadzili wieloczęstotliwościowe badania kwazara o nazwie PKS 2300-18. Charakteryzują go wielkoskalowe dżety w kształcie litery S posadowione w rozciągłej dyfuzyjnej emisji radiowej o niskiej jasności powierzchniowej. Optyczna morfologia galaktyki macierzystej kwazara jest zaburzona, co wskazuje na silne oddziaływanie grawitacyjne z galaktyką towarzyszącą. Spektroskopowe badania optyczne tego obiektu ujawniły obecność w jego widmie szerokich linii emisyjnych Hα i Hβ o podwójnej strukturze. Analiza tych linii pozwoliła na określenie masy supermasywnej czarnej dziury, która jest 108 razy większa od masy Słońca. Za emisję linii o podwójnej strukturze odpowiada złożona kinematyka gazu w obszarze bliskim czarnej dziury. Ponadto, modelowanie widma rentgenowskiego uzyskanego za pomocą teleskopu Chandra ujawniło w pobliżu supermasywnej czarnej dziury obecność zjonizowanego gazu, podgrzewanego prawdopodobnie przez fotony wydobywające się z kwazara. Na mapie Chandry odkryto też trzy węzły rentgenowskie pokrywające się z węzłami radiowymi (patrz Rysunek 2). Dodatkowo obserwacje radiowe wykonane metodą interferometrii ogólnoświatowej (Very Long Baseline Interferometry) ujawniły obecność w ścisłym centrum poruszających się z prędkością nadświetlną (ok. 2,3 c) dżetów o rozmiarze rzędu parseków. Wykryto ponadto zmienność strumienia centralnego obiektu radiowego (jądra), spowodowaną prawdopodobnie zmianami w tempie akrecji materii na czarną dziurę lub rozprzestrzenianiem się szoku w centralnych, parsekowych dżetach.
W celu poznania parametrów fizycznych plazmy i jej czasowej ewolucji przeprowadzono analizę widma radiowego w różnych niezależnych miejscach wewnątrz rozległej struktury. Wykorzystano w tym celu dane pochodzące z radioteleskopów, takich jak Giant Meterwave Radio Telescope (Indie) i Very Large Array (VLA, USA). Wyniki doprowadziły autorów do wniosku, że struktura w kształcie litery S jest wynikiem ciągłej precesji spinu centralnej supermasywnej czarnej dziury. Korzystając z kinematycznego modelu precesji dżetów (patrz Rysunek 3), oszacowano okres tej precesji na ~12 milionów lat.
Radioźródła S-kształtne, będące wynikiem zlewania się galaktyk i prawdopodobnie obecności w ich centrach kilku oddziaływujących ze sobą supermasywnych czarnych dziur, mogą być postrzegane jako unikatowe laboratoria do badania ewolucji galaktyk, oferując wgląd w długoczasowe etapy ich życia. Dalsze badania większej ilości radiogalaktyk o podobnych strukturach jak wyżej opisywanej przyniosą z pewnością już w najbliższym czasie ciekawe rezultaty związane z formowaniem się galaktyk.


Oryginalna publikacja: Misra A., Jamrozy M., Weżgowiec M., Kozieł-Wierzbowska D., Multiwavelength investigations of PKS 2300–18: S-shaped radio quasar with precessing jets and double-peaked broad emission-line spectrum, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 536, Issue 3, January 2025, Pages 2025–2045.
Badania zostały przeprowadzone w Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego (OA UJ). Prace wykonano dzięki wsparciu finansowemu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu 2021/43/B/ST9/03246.
Arpita Misra Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytet Jagiellońskiego Amisra [at] oa.uj.edu.pl |