W dniu 17 czerwca w czasopiśmie Nature ukazała się praca badaczy z międzynarodowego obserwatorium H.E.S.S., prezentująca odkrycie wysokoenergetycznej emisji gamma z relatywistycznej strugi ("dżetu") bliskiej aktywnej galaktyki Centaurus A ("Cen A"). Wykorzystując w sumie 202 godziny obserwacji (to odpowiada około 1/6 całego czasu obserwacyjnego w ciągu roku) stwierdzono, że znana już wcześniej emisja wysokoenergetycznego promieniowania gamma z tego obiektu pochodzi nie tylko z okolicy znajdującej się w jego centrum supermasywnej czarnej dziury, ale rozciąga się również wzdłuż dżetu, na tysiące lat świetlnych w głąb badanej galaktyki.
Rys.1. Optyczne teleskopy "Czerenkowa" w obserwatorium H.E.S.S. w Namibii (fot. M. Ostrowski).
Promieniowanie gamma, generowane w kosmosie promieniowanie elektromagnetyczne o wielkich energiach, powstaje głównie w wyniku oddziaływania przyspieszonych i naładowanych elektrycznie cząstek z otaczającym je gazem lub polem promieniowania. Zatem w dżecie Cen A, daleko od centrum produkującej go galaktyki macierzystej, muszą działać potężne procesy przyśpieszania cząstek – do energii większych niż te, jakie mają protony przyśpieszane przez fizyków w najpotężniejszych ziemskich akceleratorach. To ważne dla astronomii odkrycie zostało dokonane z udziałem polskich badaczy, w tym zespołu z Obserwatorium Astronomicznego UJ.
Dżety, poruszające się z prędkością bliską prędkości światła z sąsiedztwa supermasywnych czarnych dziur aktywnych jąder galaktyk, są potężnymi emiterami promieniowania w całym widmie elektromagnetycznym, od fal radiowych do zakresu promieniowania gamma. O ile jednak obserwacje radiowe, optyczne czy rentgenowskie pozwalają na badanie struktury dżetu dzięki dużej czułości i zdolności rozdzielczej obecnych pomiarów, to jak dotąd w zakresie promieniowania gamma obserwowano jedynie nierozdzieloną emisję, która mogłaby w całości pochodzić z aktywnego centrum galaktyki.
Przełom w tym zakresie, zaprezentowany we wspomnianej na początku pracy, okazał się możliwy dzięki wykorzystaniu techniki pomiaru wykorzystującej optyczne "teleskopy Czerenkowa" obserwatorium H.E.S.S.. Wysokoenergetyczne promienie gamma z kosmosu rejestruje się w tym obserwatorium dzięki wytwarzanym przez nie w górnych warstwach atmosfery kaskadom cząstek wtórnych, olbrzymich pęków lecących z prędkością bliską prędkości światła elektronów i pozytonów (anty-elektronów). Z tego powodu promieniowanie gamma jest dla nas na powierzchni Ziemi bezpośrednio niewidoczne. Jednak dzięki temu, że lecące przez powietrze szybciej niż prędkość światła w atmosferze (!) cząstki kaskady generują tzw. "promieniowanie Czerenkowa", czyli słabe światło widzialne w zakresie optycznym, można takie kaskady zaobserwować i wyznaczyć energię i kierunek początkowej fali promieniowania gamma. Teleskopy H.E.S.S., pozwalające na dużą precyzję pomiarów tych poświat optycznych, mogą zatem badać także odpowiadające za ich powstanie promieniowanie gamma pochodzące ze źródeł kosmicznych, i to ze zdolnością rozdzielczą znacznie przewyższającą możliwości obserwatoriów satelitarnych badających kosmiczne promieniowanie gamma sponad atmosfery - takich jak Obserwatorium Fermiego. Dzięki temu stało się możliwe obecne odkrycie, dla Cen A potrzeba było przy tym niezwykle długich obserwacji jego słabej emisji gamma oraz bardzo precyzyjnej i trudnej analizy danych obserwacyjnych.
Międzynarodowe obserwatorium H.E.S.S. (skrót od angielskiej nazwy High Energy Stereoscopic System) prowadzi pomiary na południu Afryki, w Namibii. Obserwatorium Astronomiczne UJ bierze udział w pasjonujących pracach badawczych tego projektu już od kilkunastu lat, ze wsparciem finansowym w postaci grantów Narodowego Centrum Nauki i Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Omówienie prowadzonych przez nas badań zaprezentowano w roku 2017 na wykładzie w Instytucie Fizyki UJ. W skład zespołu badawczego z OAUJ wchodzą: Michał Ostrowski, Marek Jamrozy, Łukasz Stawarz i Angel Priyama Noel.
Interesujące linki obserwatorium H.E.S.S.:
• https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/
• https://www.facebook.com/HESSTelescopes
• https://twitter.com/hesstelescopes
Osoba do kontaktu: prof. dr hab. Michał Ostrowski, OA UJ
Rys. 2. Galaktyka Cen A w zakresie optycznym. Obserwowana przez H.E.S.S. emisja gamma pochodzi z centralnego obszaru tej galaktyki, gdzie od czarnej dziury w samym centrum rozciąga się niewidoczny tu dżet. Źródło: APOD.
Rys. 3. Galaktyka Cen A w promieniowaniu rentgenowskim z satelity Chandra. Widać tu silną emisję z otoczenia czarnej dziury znajdującej się w jej centrum oraz dżet rentgenowski skierowany w górę i w lewo. Pole widzenia jest tu nieco mniejsze niż na powyższym obrazku optycznym. Źródło: Chandra X-Ray Observatory.
