Badania prowadzone przez astrofizyków z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego – dr. Łukasza Stawarza i dr. Marka Jamrozego - pracujących w międzynarodowym zespole badawczym, doprowadziły do poznania mechanizmów fizycznych odpowiedzialnych za generowanie dużych ilości energii i jej transferu w galaktyce aktywnej, noszącą nazwę 4C+29.30. Obiekt ten znajduje się w gwiazdozbiorze Raka, a od Ziemi oddalony jest o 850 milionów lat świetlnych.

Galaktyki aktywne stanowią tylko nieznaczny procent obiektów pozagalaktycznych. Są one tworami, w których większość energii nie jest wytwarzana w gwiazdach czy zjonizowanych obłokach gazu, lecz w procesach zachodzących w zwartych obszarach ich centralnych części. Tu ulokowana jest supermasywna czarna dziura, pochłaniająca materię z otaczającego ją dysku akrecyjnego. W pewnych okolicznościach, z okolic biegunowych rotującej supermasywnej czarnej dziury mogą być "wyrzucane" - w dwóch przeciwnych współosiowych kierunkach - relatywistyczne, naładowane cząstki, które formują cienkie strugi. Te z kolei zasilają w materię i pole magnetyczne powiększające się z czasem rozległe płaty promieniowania synchrotronowego, na krańcach których występują bardzo energetyczne obszary nazywane gorącymi plamami. Owe "świecące" głównie na falach radiowych i ekspandujące z prędkościami bliskimi prędkości światła struktury mogą z czasem uzyskać bardzo duże rozmiary, dochodzące nawet do 15 mln lat świetlnych.

Radiogalaktyka 4C+29.30 kompleksowo przebadana została niedawno w bardzo szerokim zakresie widma elektromagnetycznego. Obserwacji optycznych dostarczył satelitarny Teleskop Hubble'a, radiowych - interferometr Very Large Array ulokowany w Socorro w stanie Nowy Meksyk (USA), a rentgenowskich – obserwatorium satelitarne Chandra należące do NASA oraz europejski satelita XMM-Newton (łącznie ok. 79 i pół godziny integracji zaproponowanych i wykonanych przez członków wyżej wymienionego międzynarodowego zespołu badawczego).

Złożenie map z wyżej opisanych zakresów przedstawia poniższa fotografia, opublikowana 15 maja br. na oficjalnej stronie internetowej obserwatorium Chandra. Zdjęcie zostało wyróżnione przez NASA jako „Zdjęcie Dnia" (Image of the Day Gallery na stronie Agencji oraz przez portal Science Daily).

Szczegółowa analiza danych została opublikowana w dwóch artykułach w amerykańskim czasopiśmie "Astrophysical Journal", a jej najważniejsze wyniki są następujące:

• czarna dziura w centrum radiogalaktyki 4C+29.30 jest przeszło 100 milionów razy bardziej masywna niż Słońce i ok. 100 razy masywniejsza od swojego odpowiednika w Naszej Galaktyce;
• wysokoenergetyczne promieniowanie rentgenowskie pokazuje lokalizację gorącego gazu w okolicach czarnej dziury. Część tego gazu, który osiąga temperaturę milionów stopni, trafi kiedyś w czeluści czarnej dziury;
• większość niskoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego z okolic czarnej dziury jest absorbowana przez pył i gaz, który tworzy gigantyczny torus w zewnętrznych częściach dysku akrecyjnego. Torus ten absorbuje również promieniowanie optyczne wytwarzane w pobliżu czarnej dziury;
• jasne plamy w emisji radiowej i rentgenowskiej na obrzeżach galaktyki, w pobliżu zakończeń strug radiowych, są wynikiem promieniowania synchrotronowego elektronów przyśpieszonych do energii rzędu setek bilionów elektronowoltów na falach uderzeniowych powstałych przy oddziaływaniu strug z ośrodkiem międzygwiazdowym. Znaczna cześć energii uwolniona w trakcie tego oddziaływania zużywana jest do podgrzania termicznego gazu w galaktyce macierzystej.

Warto też wspomnieć, że wcześniejsze badania dr. Marka Jamrozego i dr. Łukasza Stawarza, w dziedzinie radiowej wielkoskalowej struktury radiogalaktyki 4C+29.30 (opublikowane w "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society" w 2007r.) wykazały, że należy ona do bardzo nielicznej (znanych jest tylko kilkadziesiąt podobnych przypadków) klasy obiektów aktywnych, których aktywność jest cykliczna. Radiogalaktyka 4C+29.30 - oprócz młodych (kilkadziesiąt mln lat) struktur radiowych, mieszczących się w galaktyce macierzystej i opisanych powyżej - posiada jeszcze starą (powyżej 200 mln lat), wielkoskalową, reliktową strukturę radiową, pochodzącą z wcześniejszej fazy aktywności.

Zdjęcia poniżej:

fot.1. Radioalaktyka 4C+29.30. Obraz powstał ze złożenia map w zakresach: rentgenowskim (kolor niebieski), optycznym (kolor złoty), oraz radiowym (kolor różowy).

fot.2. Struktura radiowa (kontury) związana z galaktyką 4C+29.30. Lewy panel (a) pokazuje wielkoskalową, reliktową strukturę rozciągającą się na przestrzeni 2 mln lat świetlnych. Prawy panel (b) to powiększenie centrum obiektu, które ukazuje młodą strukturę radiową o rozciągłości ok. 100 tyś. lat świetlnych (mieszczących się wewnątrz eliptycznej galaktyki macierzystej), która jest odpowiednikiem struktury zaznaczonej kolorem różowym na fot. 1.