Nowe badanie mało znanej klasy galaktyk znanej jako Compact Symmetric Objects (CSO) ujawniło, że obiekty te nie są do końca tym, czym się wydają. CSO to aktywne galaktyki, w których rdzeniach znajdują się supermasywne czarne dziury. Z tych potwornych czarnych dziur wytryskają dwa dżety poruszające się w przeciwnych kierunkach z prędkością bliską prędkości światła. Jednak w porównaniu z innymi galaktykami, które mogą poszczycić się gwałtownymi dżetami, dżety te nie rozciągają się na duże odległości – są znacznie bardziej zwarte. Przez wiele dziesięcioleci astronomowie podejrzewali, że CSO są po prostu młode i że ich dżety w końcu polecą na większe odległości.
Obecnie, w trzech różnych artykułach opublikowanych w The Astrophysical Journal, zespół badaczy pod kierownictwem Caltech doszedł do wniosku, że organizacje pozarządowe nie są młode, ale prowadzą stosunkowo krótkie życie.
„Te organizacje pozarządowe nie są młode” – wyjaśnia Anthony (Tony) Readhead, emerytowany profesor astronomii Robinson, który kierował badaniem. „Nie nazwałbyś 12-letniego psa młodym, mimo że żył krócej niż dorosły człowiek. Te obiekty to odrębny gatunek, który żyje i wymiera w ciągu tysięcy lat, a nie milionów. lat, które są powszechne w galaktykach z większymi dżetami.”
W ramach nowych badań zespół dokonał przeglądu literatury i wcześniejszych obserwacji ponad 3000 kandydatów na CSO, weryfikując 64 jako rzeczywiste i identyfikując dodatkowych 15 CSO. Wszystkie te obiekty były wcześniej obserwowane przez teleskop Very Long Baseline Array (VLBA) należący do Narodowego Obserwatorium Radioastronomicznego, finansowany przez National Science Foundation (NSF), a niektóre były obserwowane przez inne radioteleskopy o wysokiej rozdzielczości. „Obserwacje VLBA są najbardziej szczegółowe w astronomii i dostarczają obrazów o szczegółach odpowiadających pomiarowi szerokości ludzkiego włosa z odległości 160 km” – mówi Readhead.
Z analizy zespołu wynika, że CSO wyrzucają strumienie przez 5000 lat lub krócej, a następnie wymierają. „Dżety CSO to dżety bardzo energetyczne, ale wydają się wyłączać” – mówi Vikram Ravi, adiunkt astronomii w Caltech i współautor jednego z badań. „Dżety przestają płynąć ze źródła”.
Jeśli chodzi o źródło paliwa dla krótkotrwałych dżetów, naukowcy uważają, że przyczyną jest zaburzenie pływowe (TDE), które ma miejsce, gdy pojedyncza gwiazda wędruje zbyt blisko supermasywnej czarnej dziury i zostaje pochłonięta.
„Uważamy, że pojedyncza gwiazda zostaje rozerwana na kawałki, a następnie cała energia jest kierowana do dżetów wzdłuż osi, wokół której obraca się czarna dziura” – mówi Readhead. „Gigantyczna czarna dziura na początku była dla nas niewidoczna, a potem, gdy pochłonęła gwiazdę, bum! Czarna dziura ma paliwo i możemy je zobaczyć”.
Readhead po raz pierwszy podejrzewał, że organizacje społeczeństwa obywatelskiego mogą być napędzane przez TDE już w latach 90. XX wieku, ale jego zdaniem pomysł ten pozostał w dużej mierze niezauważony przez społeczność naukową. „Hipoteza została prawie zapomniana, ponieważ minęły lata, zanim zaczęły gromadzić się dowody obserwacyjne na TDE” – mówi. W czasie, gdy stawiał pierwotną hipotezę, znaleziono tylko trzy organizacje społeczeństwa obywatelskiego.
Przejdźmy szybko do roku 2020. Readhead, który przerwał badania nad organizacjami społeczeństwa obywatelskiego, aby zagłębić się w różne problemy radioastronomii, zdecydował, że nadszedł czas, aby powrócić do tego tematu. Zebrał kilku swoich kolegów na Zoomie i postanowili przeczesać literaturę i odrzucić obiekty, które zostały błędnie sklasyfikowane jako CSO. W ciągu następnych dwóch lat zespół zbadał ponad 3000 kandydatów na CSO, zawężając grupę do kilkudziesięciu osób spełniających kryteria bycia prawdziwymi CSO.
Ostatecznie zaczął wyłaniać się obraz CSO jako całkowicie odrębnej rodziny, której dżety wygasają znacznie wcześniej niż ich gigantyczni bracia, jak na przykład niezwykle potężne Cygnus A, galaktyka wystrzeliwująca niezwykle potężne dżety świecące jasno na falach radiowych. . Dżety te rozciągają się na odległości około 230 000 lat świetlnych w każdym kierunku i trwają dziesiątki milionów lat. Dla kontrastu, dżety CSO rozciągają się najwyżej na około 1500 lat świetlnych i wymierają po około 5000 latach.
Według astronomów dżety CSO powstają prawdopodobnie, gdy supermasywna czarna dziura pożera nie jakąkolwiek gwiazdę, ale także znaczącą.
„TDE, które widzieliśmy wcześniej, trwały tylko kilka lat” – mówi Ravi. „Uważamy, że niezwykłe TDE zasilające CSO działają znacznie dłużej, ponieważ rozerwane gwiazdy są bardzo duże, bardzo masywne lub jedno i drugie”.
Analizując zróżnicowany zbiór obrazów radiowych CSO, naukowcy twierdzą, że mogą prześledzić proces starzenia się obiektów w czasie, co przypomina przeglądanie albumu fotograficznego z życia CSO i obserwowanie ewolucji jego dżetów. Młodsze CSO mają krótsze dżety, które znajdują się bliżej czarnych dziur, podczas gdy starsze obiekty mają dżety wystające dalej od czarnej dziury. Chociaż większość dżetów wygasa, naukowcy szacują, że jeden na 100 będzie długowieczny, jak te w Cygnus A. W tych rzadkich przypadkach galaktyki prawdopodobnie łączą się z innymi galaktykami, co jest burzliwym procesem, który zapewnia dużą ilość paliwa.
Jeśli odkrycia Readheada i jego zespołu zostaną potwierdzone dodatkowymi obserwacjami, CSO zapewnią zupełnie nową możliwość badania interakcji masywnych gwiazd w centrach galaktyk z supermasywnymi czarnymi dziurami.
„Te obiekty rzeczywiście stanowią odrębną populację o własnym pochodzeniu i od nas zależy, czy dowiemy się więcej o nich i o tym, jak powstały” – mówi Readhead. „Możliwość badania tych obiektów w skali czasu trwającej od lat do dziesięcioleci, a nie milionów lat, otworzyła drzwi do zupełnie nowego laboratorium do badania supermasywnych czarnych dziur oraz wielu nieoczekiwanych i nieprzewidywalnych niespodzianek, jakie kryją”.