science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Zeer hoge energie gammastraling door een radiostelsel

Een Hubble-afbeelding van het radiostelsel 3C264 en zijn jet (het licht van het sterrenstelsel zelf en de binnenste schijf zijn afgetrokken om het gemakkelijker te maken om de jet te zien). Het rode kruis markeert de locatie van het superzware zwarte gat AGN (het groene kruis markeert de locatie van een jet-element). De afbeelding is ongeveer duizend lichtjaar in doorsnede. Astronomen hebben variabele, zeer energierijke gammastraling afkomstig van de superzware zwarte gatkern van dit sterrenstelsel. Krediet:NASA/Archer et al., 2020

Gigantische elliptische sterrenstelsels, de oudst bekende grote galactische structuren in het universum, geen spiraalarmen hebben en weinig of geen stervormingsactiviteit hebben, maar hun centrale superzware zwarte gaten zijn vaak actieve galactische kernen (AGN). Terwijl bijna alle sterrenstelsels een superzwaar zwart gat in hun kernen herbergen, de meeste kernen zijn geen AGN. Astronomen denken dat gigantische elliptische lichamen gevormd in het vroege heelal, minder dan een miljard jaar na de oerknal, na een fase van snelle stervorming, en evolueerde vervolgens om nog groter te worden door melkwegfusies en aanwas van gas uit het intergalactische medium. Dezelfde aanwas helpt de AGN te voeden die de uitwerping van krachtige stralen van snel bewegende geladen deeltjes aandrijft. De deeltjes zenden sterk uit op radiofrequenties, deze objecten heldere doelen maken voor radiotelescopen, en veel van deze sterrenstelsels werden voor het eerst ontdekt in radio-onderzoeken.

VERITAS, het Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, is een CfA-observatorium bestaande uit vier 12-m telescopen die zich bevinden in het Fred L. Whipple Observatorium op Mt. Hopkins, Arizona. VERITAS is ontworpen om gammastraalfotonen te bestuderen, elk bevat ongeveer honderd miljoen keer de energie van het röntgenfoton met de hoogste energie dat is waargenomen door het Chandra-röntgenobservatorium. CfA-astronomen Wystan Benbow, Michaël Daniël, Pascal Fortin, Gareth Hughes, en Emmet Roache, samen met een groot team van collega's, gebruikte VERITAS om te zoeken naar gammastraalfotonen van de AGN in radioheldere, oude elliptische sterrenstelsels. Zij en andere astronomen realiseerden zich dat dezelfde door AGN geproduceerde stralen van geladen deeltjes die stralen op radiogolflengten, omdat ze met snelheden bewegen die dicht bij die van het licht liggen, produceren gammastraling wanneer de deeltjes interageren met laagenergetische fotonen. Deze emissie is bijzonder helder als die jets bijna face-on worden waargenomen.

De astronomen gebruikten VERITAS om de AGN in het elliptische sterrenstelsel 3C264 in 2017-2019 te bestuderen. Ze ontdekten begin 2018 zeer energierijke gammastraling en realiseerden zich dat deze emissie variabel moet zijn. De emissie maakte deze AGN, ongeveer driehonderd miljoen lichtjaar van de aarde verwijderd, de meest verre zeer hoogenergetische gammastraling uitzendende AGN van slechts vier bekend met jets die niet face-on worden waargenomen. Ze volgden deze ontdekking op met een grote campagne van waarnemingen door een verscheidenheid aan telescopen met meerdere golflengten:Swift, Fermi-LAT, Chandra röntgenobservatorium, en Hubble in de ruimte, en optische en radioobservaties op de grond met behulp van de Kitt Peak robotgestuurde telescoop, de zeer lange basislijnreeks, en de Very Large Array. Dankzij het complexe gegevens- en analyseprogramma van meerdere golflengten van het team konden ze vaststellen dat 3C264 waarschijnlijk lijkt op het beroemde (en veel dichterbij gelegen) sterrenstelsel M87 en zijn straaljager; M87 bevat het superzware zwarte gat dat vorig jaar in beeld werd gebracht. Tot dusver zijn slechts ongeveer tweehonderd zeer energierijke gammastralingsbronnen ontdekt, inclusief zowel AGN als niet-AGN. De nieuwe resultaten op 3C264, als een van de slechts vier bekende non-face-on AGN in elliptische sterrenstelsels, onze kennis van AGN-jets en hun onderliggende fysica uitbreiden. Het team blijft de bron in de gaten houden:er zijn vier heldere knopen te zien in de radiojet en twee zullen naar verwachting in de komende jaren botsen, met wat vuurwerk verwacht wanneer dit gebeurt.