Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Marzec 2019

< poprzedni Archiwum następny >

Zwarte grupy galaktyk obserwowane z udziałem interferometru radiowego LOFAR

Przegląd nieba LoTSS (LOFAR Two-metre Sky Survey) umożliwił astronomom odkrycie tysięcy nowych galaktyk. Międzynarodowy zespół, w skład którego weszli naukowcy z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego, wykorzystał ten przegląd do zidentyfikowania grup galaktyk skatalogowanych jako Zwarte Grupy Hicksona i emitujących promieniowanie radiowe także na niskiej częstotliwości 150 MHz. Emisja radiowa tych grup została dokładnie zbadana, a nowo otrzymane wyniki porównano z wcześniejszymi obserwacjami oraz teoretycznymi przewidywaniami dla grup galaktyk.

Grupy galaktyk — układy, w których tylko kilka galaktyk łączy się ze sobą grawitacyjnie, w przeciwieństwie do dużo bardziej licznych gromad galaktyk — uważa się za struktury tak powszechnie występujące we Wszechświecie, że z dużym prawdopodobieństwem należy do nich większość galaktyk. Choć początkowo uznano je za obiekty pod względem fizycznym podobne do centralnych obszarów bogatych w galaktyki gromad, z czasem okazało się, że pomiędzy tymi dwiema klasami obiektów jest znacznie więcej różnic. Grupy nie są tak ubogie w neutralny wodór jak gromady, a ich galaktyki tworzą nowe gwiazdy dużo bardziej intensywnie. Ponadto w grupach występuje niedobór zwyczajnych galaktyk gwiazdotwórczych, podczas gdy występują tam powszechnie zarówno galaktyki "martwe" pod względem formowania nowych gwiazd, jak i gwiazdotwórcze. Czegoś takiego nie obserwujemy natomiast ani w przypadku zwykłych galaktyk, ani gromad. Symulacje numeryczne wykazały też, że żadne prawa hydrostatyki nie mogą być prosto przeskalowywane w dół od gromad do grup.

W przeciwieństwie do galaktyk i gromad właściwości emisji radiowej i pól magnetycznych w grupach galaktyk są wciąż słabo zbadane. Wczesne badania promieniowania radiowego dla podzbioru tak zwanych Zwartych Grup Hicksona (1982) wykazały, że rozciągła struktura radiowa występuje jedynie w przypadku jednego z takich układów, HCG60, i jest ona związana głównie z obecnością w tej grupie tzw. galaktyki aktywnej (radiogalaktyki). W niektórych pracach rozważano też, jaką rolę w grupach odgrywa obecność aktywnych jąder galaktycznych (AGN), a nie tylko ich wewnętrznych pól magnetycznych. Niemniej jednak pola magnetyczne zdają się mieć tam energie na tyle duże, że mają istotny wpływ na dynamikę i ewolucję tych układów.

Badania nad emisją radiową grup mają duże znaczenie ze względu na wyjątkowość całego ich środowiska. Występuje w nich mnogość zjawisk, których zwykle nie widzimy w zwykłych galaktykach pola, takich jak zniekształcenia morfologiczne czy wybuchy aktywności gwiazdotwórczej. Również wzmocnienia pól magnetycznych w galaktykach oddziaływających ze sobą udało się jak dotąd zaobserwować w przypadku par galaktyk, ale już nie dla grup, w których historia wzajemnych interakcji jest prawdopodobnie dużo bardziej skomplikowana.

Skompletowanie większej próbki galaktycznych grup testowych jest wysoce interesujące z naukowego punktu widzenia, zwłaszcza na niskich częstotliwościach radiowych, gdzie wkład termiczny w ich całkowitej emisji można uznać za zaniedbywalny, a relatywistyczne elektrony o niewielkich energiach są wciąż możliwe do zaobserwowania. Typowe struktury, jakie mogą znajdować się w obszarach położonych wewnątrz grup, wykazują wiele podobieństw do międzygalaktycznych włókien i ogonów — struktur, które LOFAR już wcześniej ujawniał w gromadach i w pojedynczych obiektach. Z tego powodu można było oczekiwać, że badanie środowiska grup galaktyk z pomocą tego instrumentu i na jego typowych częstotliwościach obserwacyjnych będzie możliwe.

Zespół wykazał, że faktycznie da się przeprowadzić wysokiej jakości i głębokie obserwacje radiowe grup galaktyk również na bardzo niskich częstotliwościach badanych przez LOFAR. Wykryto nie mniej niż 73 grup galaktyk z wcześniej skatalogowanych 120. W aż 17 z nich zaobserwowano rozbudowane struktury radiowe (wskazujące na obecność międzygalaktycznych pól magnetycznych), co potwierdza poprzednie hipotezy o powszechnym występowaniu tych pól wewnątrz grup galaktyk oraz ich wykrywalności. W celu oszacowania przyszłych możliwości w zakresie niskoczęstotliwościowych badań radiowych nad grupami galaktyk naukowcy zaprezentowali również bardziej szczegółowy wgląd w cztery z tych widocznych na falach radiowych grup, dla których obliczono wartości pól magnetycznych w ich środowiskach międzygalaktycznych. Oszacowane wartości okazują się porównywalne z wartościami obliczonymi wcześniej dla galaktyk gwiazdotwórczych, co sugeruje duże znaczenie pól magnetycznych w dynamice i ewolucji grup. W porównaniu z obserwacjami radiowymi na wyższych częstotliwościach dane z LoTSS dla tych czterech układów mają zbliżoną jakość w kontinuum radiowym, a ich dokładność w zakresie ukazywania nam struktur w małych skalach jest na porównywalnym lub nawet wyższym poziomie, zapewniając wyjątkową możliwość wyróżnienia poszczególnych źródeł radiowych z ich otoczenia.


Oryginalna publikacja: Exploring the properties of low-frequency radio emission and magnetic fields in a sample of compact galaxy groups using the LOFAR Two-Metre Sky Survey (LoTSS), B. Nikiel-Wroczyński et al. Astronomy and Astrophysics).

Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Radioastronomii i Fizyki Kosmicznej oraz Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego UJ. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu UMO-2016/23/D/ST9/00386. W skład zespołu badawczego z OAUJ weszli: Błażej Nikiel-Wroczyński, Krzysztof Chyży i Marek Jamrozy.

Kontakt:

Błażej Nikiel-Wroczyński Obserwatorium Astronomiczne UJ Blazej.Nikiel_Wroczynski [at] uj.edu.pl