Eine unbekannte Struktur in der Galaxie, die durch kontrastreiche Aufnahmen entdeckt wurde

Künstlerische Darstellung einer riesigen Galaxie mit einem hochenergetischen Jet. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Als Ergebnis der High-Dynamic-Range-Bildgebung hat ein Team von Astronomen in Japan zum ersten Mal eine schwache Radioemission entdeckt, die eine riesige Galaxie mit einem aktiven Schwarzen Loch in ihrem Zentrum bedeckt. Die Radioemission von Gas wird direkt vom zentralen Schwarzen Loch emittiert. Das Team erwartet zu verstehen, wie das Schwarze Loch mit seiner Wirtsgalaxie interagiert, indem es die gleiche Technologie auf andere Quasare anwendet.

3C273, der sich in einer Entfernung von 2,4 Milliarden Lichtjahren von der Erde befindet, ist ein Quasar. Ein Quasar ist der Kern einer Galaxie, von der angenommen wird, dass sie in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch hat, das die Materie um sich herum verschlingt und enorme Strahlung aussendet. Im Gegensatz zu seinem helleren Namen ist 3C273 der erste jemals entdeckte Quasar, der hellste und am besten untersuchte. Es ist eine der am häufigsten mit Teleskopen beobachteten Quellen, weil es als Orientierungspunkt für die Position am Himmel verwendet werden kann: Mit anderen Worten, 3C273 ist ein Funkfeuer.

Wenn Sie den Scheinwerfer eines Autos sehen, erschwert die blendende Helligkeit die Wahrnehmung der dunkleren Umgebung. Dasselbe passiert mit Teleskopen, wenn sie helle Objekte beobachten. Der Dynamikbereich ist der Kontrast zwischen den hellsten und dunkelsten Farben in einem Bild. Sie benötigen einen hohen Dynamikbereich, um die hellen und dunklen Teile eines Teleskops in einer einzigen Aufnahme zu erkennen. ALMA kann regelmäßig dynamische Bildgebungsbereiche von etwa 100 haben, aber im Handel erhältliche Digitalkameras haben normalerweise einen Dynamikbereich von mehreren tausend. Radioteleskope sind nicht sehr gut darin, Dinge mit großem Kontrast zu sehen.

3C273 ist seit Jahrzehnten als der berühmteste Quasar bekannt, aber das Wissen konzentrierte sich auf seinen hellen zentralen Kern, von dem die meisten seiner Radiowellen stammen. Über ihre Wirtsgalaxie selbst ist jedoch wenig bekannt, da die Kombination der schwachen, diffusen Galaxie mit dem Kern 3C273 solch hohe Dynamikbereiche erfordert, um erkannt zu werden. Das Forschungsteam verwendete eine Technik namens Selbstkalibrierung, um das Austreten von Radiowellen von 3C273 in die Galaxie zu reduzieren, die 3C273 selbst verwendete, um die Auswirkungen der atmosphärischen Schwankungen der Erde auf das Teleskopsystem zu korrigieren. Sie erreichten einen Abbildungsdynamikbereich von 85.000, was ALMA-Rekord für extragalaktische Objekte ist.

Eine unbekannte Struktur in der Galaxie, die durch kontrastreiche Aufnahmen entdeckt wurde

Quasar 3C273 beobachtet vom Hubble Space Telescope (HST) (links). Übermäßige Helligkeit führt zu radialen Lichtlecks, die durch das vom Teleskop gestreute Licht verursacht werden. Unten rechts schießt ein hochenergetischer Gasstrahl um das zentrale Schwarze Loch. | 3C273-Radiobild, das von ALMA beobachtet wurde und eine schwache und ausgedehnte Radioemission (in Blau und Weiß) um den Kern herum zeigt (rechts). Die helle zentrale Quelle wurde vom Bild subtrahiert. Dieselbe Ebene wie im linken Bild ist in Orange zu sehen. Bildnachweis: Komugi et al., NASA/ESA Hubble Space Telescope

Als Ergebnis der High-Dynamic-Range-Bildgebung entdeckte das Team eine schwache Radioemission, die sich über Zehntausende von Lichtjahren über der Wirtsgalaxie 3C273 erstreckte. Radioemissionen um Quasare deuten normalerweise auf Synchrotronemissionen hin, die von hochenergetischen Ereignissen wie Sternentstehungsausbrüchen oder ultraschnellen Jets stammen, die vom zentralen Kern ausgehen. Ein Synchrotron-Jet ist auch in 3C273 vorhanden, rechts unten auf den Bildern zu sehen. Das Hauptmerkmal einer Synchrotronemission ist ihre Helligkeitsänderung mit der Frequenz, aber die schwache Radioemission, die das Team entdeckte, hatte unabhängig von der Radiofrequenz eine konstante Helligkeit. Nach Prüfung alternativer Mechanismen stellte das Team fest, dass diese schwache, ausgedehnte Radioemission von galaktischem Wasserstoffgas stammt, das direkt von einem 3C273-Kern aktiviert wird. Dies ist das erste Mal, dass Radiowellen von einem solchen Mechanismus Zehntausende von Lichtjahren in der Wirtsgalaxie des Quasars überspannen. Astronomen haben dieses Phänomen bei diesem berühmten kosmischen Leuchtturm jahrzehntelang ignoriert.

Warum ist diese Entdeckung so wichtig? In der galaktischen Astronomie war es ein großes Rätsel, ob die Energie eines Quasarkerns stark genug sein könnte, um einer Galaxie die Fähigkeit abzusprechen, Sterne zu bilden. Eine schwache Radioemission kann helfen, es zu lösen. Wasserstoffgas ist ein wesentlicher Bestandteil der Sternentstehung, aber wenn es so hell scheint, dass das Gas dissoziiert (ionisiert) wurde, können keine Sterne geboren werden. Um zu untersuchen, ob dieser Prozess um Quasare herum stattfindet, haben Astronomen optisches Licht verwendet, das von ionisiertem Gas emittiert wird. Das Problem bei der Arbeit mit optischem Licht besteht darin, dass kosmischer Staub Licht bis ins Teleskop hinein absorbiert, sodass es schwer zu wissen ist, wie viel Licht das Gas aussendet.

Darüber hinaus ist der Mechanismus, der für die Abgabe von optischem Licht verantwortlich ist, komplex und zwingt Astronomen, viele Annahmen zu treffen. Die in dieser Studie nachgewiesenen Radiowellen stammen aufgrund einfacher Prozesse aus demselben Gas und werden nicht von Staub absorbiert. Die Verwendung von Radiowellen macht es viel einfacher, das vom 3C273-Kern erzeugte ionisierte Gas zu messen. In dieser Studie fanden Astronomen heraus, dass mindestens 7 % des Lichts von 3C273 von Gas in der Wirtsgalaxie absorbiert wurde, wodurch ionisiertes Gas mit einer Masse von 10-100 Milliarden Sonnenmassen entstand. 3C273 hatte jedoch kurz vor der Sternentstehung viel Gas, sodass die Sternentstehung insgesamt nicht stark vom Kern unterdrückt worden zu sein scheint.

sagt Shinya Komoji, Assistenzprofessor an der Kogakuen-Universität und Hauptautor der in veröffentlichten Studie Astrophysikalische Zeitschrift. „Indem wir dieselbe Technologie auf andere Quasare anwenden, erwarten wir zu verstehen, wie sich die Galaxie durch ihre Wechselwirkung mit dem zentralen Kern entwickelt.“


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Mehr Informationen:
Shinya Komugi et al, Detektion von erweiterter Millimeteremission in der Wirtsgalaxie 3C 273 und ihre Reflexionen über QSO-Feedback mittels ALMA High Dynamic Range Imaging, Astrophysikalische Zeitschrift (2022). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac616e

Zur Verfügung gestellt vom ALMA-Observatorium

das Zitat: Unknown Structure in the Galaxy Revealed by High Contrast Imaging (2022, 3. Juni) Abgerufen am 3. Juni 2022 von https://phys.org/news/2022-06-unknown-galaxy-revealed-high-contrast.html

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