Echa z przeszłości o rozmiarach galaktyk

Galaktyka J224024.1−092748
Obiekt J2240 należący do nowej klasy galaktyk, nazwanej „galaktykami zielonymi fasolkami”. Galaktykę wskazano strzałką. Zdjęcie wykonano teleskopem CFHT
CFHT/ESO/M. Schirmer

Nowa klasa galaktyk została zidentyfikowana dzięki obserwacjom Bardzo Dużego Teleskopu (VLT, należącego do ESO) , teleskopu Gemini South oraz Teleskopu Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego (CFHT). Nazwane obrazowo „galaktykami zielonej fasoli”, z powodu swojego nietypowego wyglądu, galaktyki te świecą w intensywnym świetle emitowanym z okolic potężnych czarnych dziur i należą do najrzadszych obiektów we Wszechświecie.

Wiele galaktyk posiada gigantyczną czarną dziurę w swoich jądrach, która powoduje, że otaczający ją gaz świeci. Jednak w przypadku „galaktyk fasolek” świeci cała galaktyka, a nie tylko jądro. Nowe obserwacje ukazały największe i najjaśniejsze świecące obszary spośród znanych obszarów zasilanych przez centralne czarne dziury, które kiedyś były bardzo aktywne, ale teraz ich aktywność spadła.

Astronom Mischa Schirmer z Obserwatorium Gemini przejrzał wiele zdjęć odległego Wszechświata w poszukiwaniu gromad galaktyk, ale gdy natrafił na jeden z obiektów na zdjęciu z Teleskopu Kanadyjsko-Francusko-Hawajskiego, zdziwił się – obiekt wyglądał jak galaktyka, ale był jasno zielony. Nie jest to typowe dla galaktyk, które znał wcześniej, coś zupełnie nieoczekiwanego. Szybko wystąpił z wnioskiem o czas na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie, aby sprawdzić co tworzy nietypowy zielony blask [1].

„ESO bardzo szybko przydzieliło mi specjalny czas obserwacyjny i już po kilku dniach od wysłania wniosku ten dziwaczny obiekt był obserwowany za pomocą VLT” powiedział Schirmer. „Dziesięć minut po zarejestrowaniu danych w Chile, miałem je w swoim komputerze w Niemczech. Wkrótce przeniosłem moją aktywność badawczą całkowicie na ten projekt, gdyż okazało się, że natrafiłem na coś naprawdę nowego.”

Nowy obiekt otrzymał oznaczenie J224024.1−092748 lub J2240. Widoczny jest w konstelacji Wodnika, a jego światło potrzebowało 3,7 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi.

Po dokonaniu odkrycia zespół Schirmera przeszukał listę prawie miliarda innych galaktyk [2] i znalazł 16 o podobnych własnościach, potwierdzonych obserwacjami na teleskopie Gemini South. Galaktyki te są tak rzadkie, że średnio jest tylko jedna w sześcianie o boku około 1,3 miliarda lat świetlnych. Ta nowa klasa galaktyk otrzymała obrazową nazwę „galaktyk zielonych fasolek” z powodu swojego koloru oraz dlatego, że z wyglądu są podobne (ale nieco większe) do „galaktyk zielonych groszków” [3].

W wielu galaktykach materia wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum wydziela intensywne promieniowanie i jonizuje otaczający gaz, powodując jego mocne świecenie. Te świecące obszary w typowych galaktykach aktywnych są zwykle małe, do 10% średnicy galaktyki. Jednak obserwacje zespołu pokazały, że w przypadku J2240 i innych zaobserwowanych „galaktyk zielonych fasolek”, są prawdziwie olbrzymie, rozciągając się na całe obiekty. J2240 posiada jeden z największych i najjaśniejszych tego typu spośród obszarów kiedykolwiek zaobserwowanych. Zjonizowany tlen świeci jasno na zielono, co wyjaśnia dziwny kolor, który początkowo przyciągnął uwagę Schirmera.

"Te świecące obszary są fantastycznymi próbnikami dla próby zrozumienia fizyki galaktyk - to tak jakby umieścić termometr medyczny w bardzo odległej galaktyce" mówi Schirmer. "Zwykle obszary te albo nie są bardo duże, albo nie są bardzo jasne i można je dobrze obserwować tylko w pobliskich galaktykach. Ale w nowo odkrytych galaktykach są olbrzymie i jasne, więc można je szczegółowo zbadać, pomimo olbrzymich odległości."

Dalsze analizy danych przez zespół ujawniły kolejną zagadkę. Wygląda na to, że J2240 ma w jądrze znacznie mniej aktywną czarną dziurę, niż oczekiwano na podstawie rozmiaru i jasności świecącego obszaru. Naukowcy sądzą, że świecące obszary muszą być echem z czasów, gdy centralna czarna dziura była znacznie aktywniejsza i że będą stopniowo słabnąć, gdy pozostałości promieniowania przejdą przez nie i wydostaną się w przestrzeń kosmiczną [4].

Galaktyki te sygnalizują obecność słabnącego centrum galaktycznego, co jest bardzo przelotną fazą życia galaktyki. We wczesnym Wszechświecie galaktyki były znacznie bardziej aktywne, w ich centrach rosły masywne czarne dziury, które połykały otaczające gwiazdy i gaz i powodowały jasne świecenie, łatwo wytwarzając 100 raz więcej światła niż wszystkie gwiazdy galaktyki razem wzięte. Echa świetlne takie jak zaobserwowane w J2240 pozwalają astronomom badać procesy wygasania tych aktywnych obiektów, aby zrozumieć jak, kiedy i dlaczego się zatrzymują – i dlaczego teraz widzimy ich tak niewiele w młodszych galaktykach. Takie są plany zespołu w ramach kolejnego kroku i planowanych obserwacji rentgenowskich i spektroskopowych.

“Odkrycie czegoś autentycznie nowego jest marzeniem astronoma, zdarza się to raz w życiu. To bardzo inspirujące.” podsumowuje Schirmer.

Uwagi

[1] Astronomowie zbadali obiekt za pomocą potężnego spektrografu X-shooter na VLT. Rozdzielając światło na składowe kolory mogli dowiedzieć się jaki jest skład świecącej materii i dlaczego świeci aż tak jasno.

[2] Szukano w olbrzymiej internetowej bazie danych Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

[3] “Galaktyki groszki” (Green Pea galaxies) to małe, jasne galaktyki, w których zachodzą intensywne procesy powstawania gwiazd. Po raz pierwszy dostrzegli je w 2007 roku uczestnicy społecznościowego projektu Galaktyczne Zoo. W przeciwieństwie do „zielonych fasolek”, galaktyki te są bardzo małe – nasza Droga Mleczna zawiera masę odpowiadającą około 200 typowym „galaktykom groszkom”. Podobieństwo pomiędzy galaktykami „zielonymi groszkami”, a „zielonymi fasolami” jest ograniczone jedynie do ich wyglądu, gdyż większość z nich nie jest ze sobą blisko powiązana.

[4] W wielu aktywnych galaktykach widok na centralną czarną dziurę jest blokowany przez wielkie ilości pyłu, co utrudnia pomiary aktywności czarnej dziury. Aby sprawdzić czy „galaktyki fasolki” rzeczywiście różnią się od innych galaktyk z ukrytymi centrami, astronomowie przeszukali dane dotyczące tych galaktyk na znacznie dłuższych falach podczerwonych, które łatwo penetrują nawet bardzo grube obłoki pyłu. Centralny obszar J2240 i innych „galaktyk fasolek” okazał się być znacznie słabszy niż się spodziewano. Oznacza to, że aktywne jądro jest teraz zdecydowanie słabsze niż sugeruje to jasność świecących obszarów.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 2284