Życie po życiu radiogalaktyk – wielokrotne zamieranie i wznawianie aktywności supermasywnych czarnych dziur

Ilustracja 1: Mapy radiowe uzyskane interferometrem Very Large Array (USA) dwóch analizowanych radiogalaktyk podwójno-podwójnych z powiększeniem ich centralnych struktur w prawym górnym rogu oraz profilem wiązki (kątowa zdolność rozdzielcza) zaznaczonym w lewym dolnym rogu. Lewa strona: kontury radiowe obiektu J1528+0544 na częstotliwości 6.6 GHz. Prawa strona: kontury radiowe obiektu J2345-0449 na częstotliwości 4.9 GHz.

Obiekty nazywane radiogalaktykami są znane astronomom już od lat pięćdziesiątych zeszłego wieku. Powszechnie akceptowany mechanizm ich powstawania obejmuje rotującą supermasywną czarną dziurę (ang. supermassive black hole, SMBH) otoczoną dyskiem akreującej na nią materii. Z tych stosunkowo niewielkich obiektów, zwanych aktywnymi jądrami galaktycznymi (ang. active galactic nuclei, AGN), materia, energia i pole magnetyczne mogą być transferowane w postaci wąskich relatywistycznych wypływów (dżetów) naładowanej plazmy na bardzo duże odległości, znacznie przekraczające rozmiary danej galaktyki macierzystej.

Klasyczne radiogalaktyki (np. Cygnus A) oraz ich zwarte odpowiedniki z dżetami widocznymi pod niewielkimi kątami w stosunku do kierunku patrzenia zostały już w miarę dokładnie zbadane. Co ciekawe, najnowsze przeglądy nieba (np. LoTSS DR3) ujawniają również znaczną liczbę rzadkich i osobliwych obiektów, które wcześniej były słabo poznane lub nawet całkowicie nieznane. Należą do nich między innymi tzw. radiogalaktyki podwójno-podwójne (ang. double-double radio galaxies, DDRG) z powtarzającą się aktywnością centralnego AGNu.

DDRGs to obiekty posiadające więcej niż jedną parę płatów generowanych przez ten sam AGN i zorientowanych wzdłuż tej samej prostej. Są to obiekty rzadkie -- znanych ich obecnie tylko około 100. Osiągają rozmiary od setek kiloparseków do kilku megaparseków. Zaprzestanie generowania dżetów może być spowodowane przerwami w akrecji materii na centralny AGN i/lub niestabilnościami w dysku akrecyjnym. Niektórzy badacze sugerują, że ten typ radiogalaktyk może powstać w wyniku interakcji podwójnych SMBH z dyskiem akrecyjnym. Inni, zaproponowali ostatnio odmienny scenariusz, w którym pomimo ciągłej akrecji na SMBH, dżet nie może powstać, ponieważ wartości spinu SMBH spada do zera. Może to nastąpić, gdy dysk akrecyjny zmienia kierunek z rotacji przeciwnej (w stosunku do obrotu SMBH) na zgodną. W przypadku DDRG jednym z najważniejszych czynników jest określenie wieku ich struktur radiowych. Niestety, do tej pory wiek uzyskano tylko dla niewielkiej liczby obiektów, ponieważ metoda badawcza oparta jest o wieloczęstotliwościowe dane radiowe, których uzyskanie jest czasochłonne.

Radioastronomowie z Obserwatorium Astronomicznego UJ od wielu lat badają radiogalaktyki DDRG i wyznaczają ich parametry fizyczne, między innymi wiek ich młodych i starych płatów oraz długości okresów uśpienia centralnego AGNu. Ich najnowsze badania ukazały się pod koniec zeszłego roku w czasopiśmie Astronomy and Astrophysics. Badacze zbadali trzy gigantyczne radiogalaktyki: J1021+1216, J1528+0544 i J2345-0449 (mapy dwóch ostatnich znajdują się na ilustracji 1). Prócz wyznaczenia wspomnianych wyżej skal czasowych (patrz ilustracja 2) doszli również do wniosku, że wewnętrzne płaty radiogalaktyki J1021+1216 rozszerzają się z prędkością bliską połowie prędkości światła wewnątrz starych płatów o znikomo małej gęstości rzędu 10^-25.7 kg/m³.