Niet zo lang geleden, astronomen brachten een sterrenstelsel ver in kaart, ver weg met behulp van radiogolven en ontdekte dat het een opvallend bekende vorm heeft. In het proces, ze ontdekten het object, genaamd TXS 0128+554, in de vorige eeuw twee krachtige periodes van activiteit doorgemaakt.

Ongeveer vijf jaar geleden, NASA's Fermi Gamma-ray Space Telescope meldde dat TXS 0128+554 (kortweg TXS 0128) een zwakke bron van gammastraling is, de hoogste energievorm van licht. Wetenschappers hebben sindsdien de Very Long Baseline Array (VLBA) en NASA's Chandra X-ray Observatory van dichterbij bekeken.

"Na de aankondiging van Fermi, we zoomden een miljoen keer dichterbij op de melkweg in met behulp van de radioantennes van de VLBA en brachten de vorm in kaart in de loop van de tijd, " zei Matthew Lister, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Purdue University in West Lafayette, Indiana. "De eerste keer dat ik de resultaten zag, Ik dacht meteen dat het eruitzag als Darth Vaders TIE fighter-ruimtevaartuig uit 'Star Wars:A New Hope'. Dat was een leuke verrassing, maar zijn verschijning op verschillende radiofrequenties hielp ons ook om meer te leren over hoe actieve sterrenstelsels dramatisch kunnen veranderen op tijdschalen van tien jaar."

Een paper waarin de bevindingen worden beschreven, onder leiding van Lister, werd gepubliceerd in het 25 augustus nummer van de Astrofysisch tijdschrift en staat nu online.

TXS 0128 bevindt zich op 500 miljoen lichtjaar afstand in het sterrenbeeld Cassiopeia, verankerd door een superzwaar zwart gat van ongeveer 1 miljard keer de massa van de zon. Het is geclassificeerd als een actief sterrenstelsel, wat betekent dat al zijn sterren samen de hoeveelheid licht die het uitstraalt niet kunnen verklaren.

De extra energie van een actief sterrenstelsel omvat overtollige radio, röntgenfoto, en gammastraling. Wetenschappers denken dat deze emissie afkomstig is uit regio's in de buurt van het centrale zwarte gat, waar een wervelende schijf van gas en stof zich ophoopt en opwarmt door zwaartekracht en wrijvingskrachten.

Ongeveer een tiende van de actieve sterrenstelsels produceert een paar jets, bundels van hoogenergetische deeltjes die met bijna de lichtsnelheid in tegengestelde richtingen reizen. Astrofysici denken dat deze jets gammastraling produceren. In sommige gevallen, botsingen met ijl intergalactisch gas vertragen en stoppen uiteindelijk de uitwaartse beweging van straaldeeltjes, en het materiaal begint terug te stromen naar het centrum van de melkweg. Dit resulteert in brede regio's, of lobben, gevuld met snel bewegende deeltjes die in een spiraal rond magnetische velden draaien. De deeltjesinteracties creëren heldere radiostraling.

Fermi heeft meer dan 3 geïdentificeerd, 000 actieve sterrenstelsels met behulp van zijn Large Area Telescope, die om de drie uur de hele hemel inspecteert. Bijna allemaal zijn ze zo uitgelijnd dat één jet bijna direct op de aarde wijst, wat hun signalen versterkt. TXS0128, echter, ligt rond de 100, 000 keer minder krachtig dan de meeste van hen. In feite, ook al is het relatief dichtbij, Fermi moest vijf jaar aan gegevens van de melkweg verzamelen voordat hij het in 2015 als een bron van gammastraling kon melden.

Onderzoekers voegden het sterrenstelsel vervolgens toe aan een langlopend onderzoek uitgevoerd door de VLBA, een netwerk van radioantennes beheerd door het National Radio Astronomy Observatory dat zich uitstrekt van Hawaï tot de Amerikaanse Maagdeneilanden.

De metingen van de array geven een gedetailleerde kaart van TXS 0128 op verschillende radiofrequenties. De radiostructuur die ze onthulden, heeft een doorsnede van 35 lichtjaar en kantelt ongeveer 50 graden buiten onze gezichtslijn. Deze hoek betekent dat de jets niet direct op ons gericht zijn en kan verklaren waarom de melkweg zo zwak is in gammastraling.

"Het echte universum is driedimensionaal, maar als we naar de ruimte kijken, we zien meestal maar twee dimensies, " zei Daniël Homan, een co-auteur en professor in de astronomie aan de Denison University in Granville, Ohio. "In dit geval, we hebben geluk omdat de melkweg zo gekanteld is, vanuit ons perspectief, dat het licht van de verder gelegen lob tientallen lichtjaren meer aflegt om ons te bereiken dan het licht van de dichtstbijzijnde. Dit betekent dat we de verdere lob op een eerder punt in zijn evolutie zien."

Als de melkweg zo was uitgelijnd dat de jets en lobben loodrecht op onze gezichtslijn stonden, al het licht zou tegelijkertijd de aarde bereiken. We zouden beide partijen in hetzelfde ontwikkelingsstadium zien, die ze in werkelijkheid zijn.

De schijnbare vorm van het sterrenstelsel hangt af van de gebruikte radiofrequentie. Bij 2,3 gigahertz (GHz), ongeveer 21 keer groter dan de maximale uitzendfrequentie van FM-radio, het ziet eruit als een amorfe klodder. De vorm van de TIE-fighter komt naar voren op 6,6 GHz. Vervolgens, op 15,4 GHz, er verschijnt een duidelijke kloof in de radio-emissie tussen de kern van de melkweg en zijn lobben.

Het team van Lister vermoedt dat een onderbreking in de activiteit van TXS 0128 deze kloof heeft veroorzaakt. De jets van de melkweg lijken ongeveer 90 jaar geleden te zijn begonnen, zoals waargenomen vanaf de aarde, en stopte toen ongeveer 50 jaar later, met achterlating van de niet-verbonden lobben. Vervolgens, ongeveer tien jaar geleden, de jets gingen weer aan, het produceren van de emissie die dichter bij de kern wordt gezien. Wat het plotselinge begin van deze actieve perioden veroorzaakte, blijft onduidelijk.

De radio-emissie werpt ook licht op de locatie van het gammastralingssignaal van de melkweg. Veel theoretici voorspelden dat jonge, radioheldere actieve sterrenstelsels produceren gammastralen wanneer hun jets in botsing komen met intergalactisch gas. Maar in het geval van TXS 0128, minstens, de deeltjes in de lobben produceren niet genoeg gecombineerde energie om de gedetecteerde gammastralen te genereren. In plaats daarvan, Het team van Lister denkt dat de jets van de melkweg gammastralen dichter bij de kern produceren, zoals de meeste actieve sterrenstelsels die Fermi ziet.

Het team observeerde de melkweg in röntgenstralen met behulp van Chandra, op zoek naar bewijs van een omhullende cocon van geïoniseerd gas. Hoewel hun metingen de aan- of afwezigheid van een cocon niet konden bevestigen, er is bewijs voor dergelijke structuren in andere actieve sterrenstelsels, zoals Cygnus A. De waarnemingen geven aan dat de melkweg een grote hoeveelheid stof en gas om zijn kern heeft, wat overeenkomt met een sterk hellende kijkhoek.

"Dit sterrenstelsel herinnert ons aan het belang van waarnemingen op meerdere golflengten, kijken naar objecten in een breed spectrum van het elektromagnetische spectrum, " zei Elizabeth Hays, de Fermi-projectwetenschapper bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Fermi, de VLBA, en Chandra voegen elk een laag toe aan onze groeiende foto van dit object, hun eigen verrassingen onthullen."

De Fermi Gamma-ray Space Telescope is een samenwerking op het gebied van astrofysica en deeltjesfysica beheerd door NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Fermi is ontwikkeld in samenwerking met het Amerikaanse ministerie van Energie, met belangrijke bijdragen van academische instellingen en partners in Frankrijk, Duitsland, Italië, Japan, Zweden, en de Verenigde Staten.

NASA's Marshall Space Flight Center beheert het Chandra-programma. Het Chandra X-ray Center van het Smithsonian Astrophysical Observatory bestuurt wetenschap en vluchtoperaties vanuit Cambridge en Burlington, Massachusetts.