Aktivne galaksije - prvi dio

Popularna radio emisija Zvjezdoznanci od sada i na Zvjezdarnici. Zvjezdoznanci pišu za vas o aktivnim galaksijama. Prvi dio od ukupno četiri je pred vama.

Galaksija Centaurus A peta je na nebu po sjajnosti. © Ljubaznošću: NASA / CXC / SAO / Rolf Olsen / JPL / Caltech
Članak
0Komentari
Broj otvaranja2882

Odvojite trenutak i kliknite na jedan od odgovora u anketi desno, bit ćemo vam zahvalni!

Što je aktivna galaktička jezgra?


Aktivna galaktička jezgra je kompaktna regija koja ima značajno veću svjetlinu (emisiju) od očekivane u barem nekom dijelu elektromagnetskog spektra, od radiovalova do gama zraka. Galaksija koja ima aktivnu jezgru nazivamo naravno - aktivnom galaksijom!

Uzrok povećanih emisija je najčešće akrecijski disk oko super masivne crne rupe u njihovom središtu. Količina i  emisija ovisi o aktivnosti crne rupe, ukoliko ona konzumira male količine materije onda će i sjaj središnje regije biti manji (LINER galaksije), a ako u crnu rupu upada velika količina materijala onda imamo posla s najsjajnijim objektima u Svemiru - kvazarima.


Akrecijski disk oko crne rupe s relativističkim mlazovima. © Ljubaznošću: NASA
Akrecijski disk je struktura difuznog materijala koji orbitira oko masivnog središnjeg tijela. Oni su nam poznati u raznim oblicima, od akrecijskih diskova oko mladih zvijezda, kada ih zovemo proto planetarnim diskovima, do onih oko crnih rupa. Ti diskovi su često topliji od okoline jer gravitacija i trenje zagrijavaju materijal u njima, a koliko će se materijal ugrijati ovisi o gustoći materijala i orbitalnoj brzini, tj. masi središnjeg tijela. Oko super masivnih crnih rupa, koje imaju nekoliko milijuna puta više mase od Sunca, orbitalne brzine, a s njima i trenje, puno su veće pa je iz tog razloga zagrijavanje materijala veoma izraženo. Raspon temperatura u disku je najčešće velik tako da u ekstremnim slučajevima imamo emisije kroz cijeli EM spektar, od radiovalova od gama zraka.

Ponekad, od sve te muke i kaosa, materijal u akrecijskom disku formira relativistički mlaz duž osi rotacije. Jasan proces iza nastanka mlaza nije poznat ali on za akrecijski disk predstavlja najjednostavniji način gubitka kutnog momenta uz minimalan gubitak mase. Kod veoma velikih crnih rupa brzina plazme u mlazu može biti veoma bliska brzini svjetlosti zbog čega su oni zgodni za promatranje relativističkih efekta. Jedan od najzanimljivijih efekata je relativističko zasljepljivanje (relativistic beaming), kada vidimo mlaz samo u jednom smjeru. Onaj u suprotnom smjeru ne vidimo zbog pomaka prema crvenom, tj. svjetlost tog odlazećeg mlaza preselila se u skroz drugi dio spektra i do nas dolaze fotoni puno nižih energija koje je teže opaziti. Kako izgleda relativističko zasljepljivanje, možete vidjeti na fotografijama središta galaksije Messier 87, gdje vidimo samo jedan mlaz i to onaj koji se giba prema nama. Sami relativistički mlazovi mogu biti dugi do nekoliko stotina tisuća svjetlosnih godina.

Koliko mase je potrebno za hranjenje kvazara poput 3C 273, koji je 4 bilijuna (4x1012) sjajniji od Sunca? Pretpostavlja se kako crna rupa u tom kvazaru ima fantastičnih 880 milijuna puta više mase od Sunca i kako godišnje konzumira materijala dovoljno za stvaranje nekoliko stotina zvijezda poput Sunca. Gutanje tolike mase brzo bi dovelo do kvazara masivnijih od čitavih jata galaksija, što nam govori kako su oni relativno kratkotrajne pojave. Iz tog razloga u pravilu ne pronalazimo kvazare u neposrednom galaktičkom susjedstvu.

Povijest

Kako se na prijelazu iz 19. u 20. stoljeće razvijala fotografija, tako su je astronomi počeli uparivati sa spektroskopijom. Puštajući svjetlost nebeskih objekata kroz prizmu ili difrakcijsku rešetku, astronomi su po prvi puta imali alat s kojim su mogli analizirati sastav neke zvijezde ili maglice. Uperivši spektroskop prema galaksijama, otkrili su kako one imaju kontinuirani spektar, kakav pronalazimo kod zvijezda, ali s tamnim linijama. Te tamne linije bile su tragovi oblaka prašine i plina, najčešće vodika, koji je blokirao dio svjetlosti. Spektar s tamnim linijama nazivamo apsorpcijski.


Više o spektru i spektroskopiji možete saznati u emisiji Zvjezdoznanaca koju smo snimili 6. lipnja 2016. Emisiju potražite na Youtube-u.


Kako to uvijek bude, postoje i oni objekti u Svemiru koji su "čudni". Tako je dio galaksija koje su astronomi promatrali početkom 20. stoljeća pokazivao emisijski spektar, tj. u spektru su se vidjele svijetle linije. Takav tip spektra karakterističan je kod maglica u kojima je pobuđen plin. Emisijske spektralne linije prvi put su opažene 1909. na opservatoriju Lick pri promatranju galaksije NGC 1068, poznatije kao M77 (Messier 77).

Takve neobičnosti spiralnih maglica, kako su ih tada zvali astronomi, nisu pobudile preveliki interes u astronomskoj zajednici. Edwin Hubble je 1925. primijetio kako, ne pretjerano čest tip spiralnih maglica, sa sjajnom kompaktnom jezgrom, imaju emisijske linije kakve se nalaze u planetarnim maglicama.

Prvi koji je te neobične maglice, sada već znane kao galaksije, sustavno proučavao bio je Clark Keenan Seyfert. On je spektar 6 galaksija sa sjajnim kompaktnim jezgrama usporedio sa spektrom zvijezda G tipa. Pritom je opazio kako spektri tih 6 galaksija nisu identični ali da imaju neke zajedničke karakteristike, poput zabranjenih spektralnih linija i veliku brzinu kretanja materijala, brzinama reda 3000 km/s ili više. Seyfertov rad nije pobudio veliki interes ali danas galaksije s tim karakteristikama zovemo Seyfertove galaksije.

Antena Karla Jansky-og koja je zabilježila radiošum naše galaksije. © Ljubaznošću: 1979-2005 Big Ear Radio Observatory
Nova saznanja o neobičnim aktivnim galaksijama došla su iz potpuno druge grane astronomije. Karl Jansky je 1932. istraživao smetnje u prijamnicima za prekoatlantsku radio komunikaciju i pritom je otkrio neobičan šum s neba. Kasnije je taj šum locirao i zaključio kako dolazi iz zviježđa Strijelac, gdje je središte naše galaksije.


Više o njegovom radu možete saznati u emisiji Zvjezdoznanaca koju smo snimili 16. siječnja 2017. godine.

Janskyjev rad također nije pobudio veliki interes i sljedeći korak u razvoju radioastronomije je pao na leđa Grote Rebera. On je u svom dvorištu 1940. konstruirao 9.5 m radio antenu s kojom je snimio nebo u frekvenciji od 160 MHz. Pritom je Reber uočio kako je omjer snage radiovalova i optičkog svjetla u Mliječnom putu, znatno veći nego kod Sunca. Reber je učio nekoliko lokalnih maksimuma radioemisija, a jedan od njih je bio Cygnus A, prva otkrivena aktivna galaksija. Radioastronomija je počela napredovati velikom brzinom pa su astronomi već 1949. povezali prve radio izvore s promatranjima u vidljivom dijelu spektra. Tako su prvi povezani izvori bili galaksija Messier 87 i NGC 5128 te maglica Rakovica (Messier 1).

Radioteleskop astronoma amatera Grotea Rebera. © Ljubaznošću: Wikimedia Commons
Desetak godina kasnije objavljen je Treći katalog radio izvora Sveučilišta Cambridge, poznat i pod kraticom 3C. On je predstavljao popis objekata uočenih pri promatranju na frekvenciji od 159 Mhz i smatrao se zlatnim standardom tadašnje radioastronomije. U katalogu se tako našao objekt 3C 295, radio izvor kojeg je astronom Rudolf Minkowski upario s objektom u vidljivom dijelu spektra. Radilo se o jatu galaksija udaljenih, za tadašnje astronome nezamislivih, 4.5 milijardi svjetlosnih godina. Još jedan objekt iz kataloga, 3C 48, je astronom Allan Sandage uspio upariti 1960. s malenom plavom zvjezdicom 16. magnitude. Veliki pomak prema crvenom, opažen u spektru te "zvijezde", i velika količina radio energije pokušala se objasniti neobičnim svojstvima zvjezdice. Tako je bilo prihvaćeno mišljenje kako se radi o zvijezdi koja se od nas udaljava velikom brzinom jer ju je izbacilo središte naše galaksije.

Kompozit promatranja iz radio, optičkog i rendgenskog spektra galaksije Cygnus-A. © Ljubaznošću: X-zrake: NASA / CXC / SAO;
Optički snimak: NASA / STScI; Radio: NSF / NRAO / AUI / VLA
A onda se dogodio proboj na drugoj strani svijeta. Radioteleskop Parkes u Australiji pratio je okultaciju radio izvora 3C 273 od strane Mjeseca. Određivanjem točnog vremena kada će Mjesec i koliko dugo prekriti radio izvor, mogla se točno odrediti njegova lokacija. Ekipi s radioteleskopa to je pošlo za rukom i u kolovozu 1962. uparili su 3C 273 sa slabašnom zvjezdicom 13. magnitude. Ali zvjezdica je bila neobična, na fotografijama je pokazivala maleni "prst svjetla", mlaz materijala. U početku su ta neobično svojstva objašnjena pretpostavkom kako neka obližnja zvijezda zaklanja pogled na daleku radio galaksiju.

Linije intenziteta radioemisija koje je snimio Grote Reber. © Ljubaznošću: © 1979-2005 Big Ear Radio Observatory
Misterij su razriješili Maarten Schmidt i Beverly Oke snimanjem i proučavanjem spektra te neobične zvjezdice. Mjerenja su pokušali objasniti kompaktnim zvjezdanim skupom koja ima tako guste zvijezde da opažamo pomak prema crvenom zbog gravitacijskom polja, ali prisutnost emisijskih linija u spektru, posebice onih zabranjenih, nisu išle u prilog tog tezi. Najjednostavnije objašnjenje bilo je da se radi o objektu van naše galaksije, ali pomak prema crvenom govori kako je taj objekt barem milijardu svjetlosnih godina daleko od nas. Radio izvor u tom objektu bio je slične snage kao kod prije otkrivenog radio izvora Cygnus A (u Labudu) ili 3C 295, ali sjaj u optičkom dijelu spektra tog objekta bio je 10-30 puta veći od tada najsjajnijih poznatih galaksija.

Kvazar 3C 273 i relativistički mlaz dug 200.000 svjetlosnih godina. © Ljubaznošću: ESA / Hubble & NASA
Daljnjim promatranjem 3C 273 astronomi su bivali sve više zbunjeniji jer su vidjeli kako silna energija izvire iz objekta manjeg od 3.000 svjetlosnih godina u promjeru, a opažen je mlaz materijala dug oko 185.000 svjetlosnih godina. Otkrićem sličnih radio izvora na drugim dijelovima neba, potvrdila su se opažanja kako su ti objekti van galaktičke prirode. Konačno, nakon prikupljanja dovoljno podataka o izvorima 3C 273 i 3C 48, astronomi su zaključili da su to objekti velike mase, milijardu puta veće od Sunca, koji u sebi kriju objekt čiji je Schwarzschildov radijus manji od 200 AJ. Jednostavnim rječnikom, astronomi su otkrili da su ti neobično sjajni i daleki objekti - crne rupe u procesu gutanja materije.


O Zvjezdoznancima

Zvjezdoznanci su radio emisija o astronomiji i srodnim znanostima koje se emitira svakog ponedjeljka u 19 h na Radio Studentu (100.5MHz). Emisiju uređuju Marko Šimac i Vedran Vrhovac, a vode ju zajedno s Markom Ragužom.

Urednici su članovi astronomskog društva Beskraj iz Zagreba, dugogodišnji zaljubljenici u astronomiju i znanosti općenito. Za sve komentare, prijedloge ili pitanja možete im se obratiti na e-mail adresu zvjezdoznanci(a)gmail.com ili putem Facebook profila Zvjezdoznanci.

Svaka vaša ideja, sugestija ili kritika nam mogu samo pomoći kako bi naše djelovanje bilo još kvalitetnije.

Posjetite YouTube kanal Zvjezdoznanaca!


Tematski povezani članci
Aktivne galaksije - drugi dio
Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!