Przejdź do głównej treści

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Nawigacja okruszkowa Nawigacja okruszkowa

Nawigacja Nawigacja

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Widok zawartości stron Widok zawartości stron

Odkrycie wysokoenergetycznego promieniowania gamma z dżetu w aktywnej galaktyce Centaurus A

Odkrycie wysokoenergetycznego promieniowania gamma z dżetu w aktywnej galaktyce Centaurus A

W czasopiśmie „Nature” ukazała się praca badaczy z międzynarodowego obserwatorium H.E.S.S. (w tym zespołu z Obserwatorium Astronomicznego UJ), 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.

Promieniowanie gamma to generowane w kosmosie promieniowanie elektromagnetyczne o wielkich energiach, które powstaje głównie w wyniku oddziaływania przyspieszonych i naładowanych elektrycznie cząstek z otaczającym je gazem lub polem promieniowania. Dżety są potężnymi emiterami promieniowania w całym widmie elektromagnetycznym, od fal radiowych, do zakresu promieniowania gamma. Pochodzą one z sąsiedztwa supermasywnych czarnych dziur aktywnych jąder galaktyk i poruszają się z prędkością bliską prędkości światła. 

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. (wg Doglioni i in., 2012; uproszczony).

Badanie struktury dżetu do tej pory odbywało się za pomocą obserwacji radiowych, optycznych i rentgenowskich charakteryzujących się dużą czułością i zdolnością rozdzielczą. Co się zaś tyczy promieniowania gamma, jak dotąd 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 technice pomiaru wykorzystującej optyczne "teleskopy Czerenkowa" z 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). W rzeczywistości promieniowanie gamma jest dla nas niewidoczne, bowiem atmosfera Ziemi pochłania je niemal w całości. Jednakże, zderzając się z nią przy dużych energiach, wytwarza w niej ono owe charakterystyczne kaskady cząstek, które ostatecznie generują promieniowanie widzialne, „świecąc” w zakresie optycznym (jest to tak zwane promieniowanie Czerenkowa). Teleskopy H.E.S.S., dzięki dużej precyzji pomiarów tych poświat obserwowanych optycznie, mogą zatem pośrednio badać także odpowiadające za ich powstanie promieniowanie gamma pochodzące ze źródeł kosmicznych, i to ze zdolnością rozdzielczą znacznie przewyższającą możliwości obserwatoriów satelitarnych badających emisję gamma sponad atmosfery (takich, jak obserwatorium Fermiego). To właśnie dzięki temu stało się możliwe obecne odkrycie - dla „Cen A” potrzeba było tylko niezwykle długich obserwacji jego słabej emisji gamma oraz bardzo precyzyjnej i trudnej analizy danych obserwacyjnych.

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.

Co tak naprawdę oznacza odkrycie emisji promieniowania gamma rozciągającego się nie tylko w okolicy czarnej dziury, ale i wzdłuż całego dżetu, „mierzącego” tysiące lat świetlnych? Otóż, w dżecie „Cen A”, daleko od centrum produkującej go galaktyki macierzystej, muszą działać potężne procesy przyśpieszania cząstek – o energii większej niż ta, jaką mają protony przyśpieszane przez fizyków w najpotężniejszych ziemskich akceleratorach. Natura tych procesów nie jest w pełni wyjaśniona – naukowcy podejrzewają, że mogą być one związane z przyśpieszaniem cząstek w falach uderzeniowych lub w procesach tzw. rekoneksji pola magnetycznego. Biorąc pod uwagę fakt, że dżet „Cen A” nie jest wyjątkowy pod względem mocy, długości ani prędkości, prawdopodobne jest też, że tak wysoce przyśpieszone elektrony występują powszechnie w wielkoskalowych dżetach galaktyk aktywnych.

To ważne dla astronomii odkrycie zostało dokonane z udziałem polskich badaczy, w tym zespołu z Obserwatorium Astronomicznego UJ, w skład którego wchodzą Michał Ostrowski, Marek Jamrozy, Łukasz Stawarz i Angel Priyama Noel.

 

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 badań zaprezentowano w roku 2017 na wykładzie w Instytucie Fizyki UJ.

 

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

Polecamy również
Nobel 2020 z chemii za nożyczki genetyczne
Nobel z fizyki 2020: Czarne dziury i tajemnicze centrum Drogi Mlecznej
Teoria kontra obserwacje rozbłysków gamma: narodziny nowych świec standardowych
Wenus pełna życia?