Astronomiczny Obiekt Miesiąca: Lipiec 2020

< poprzedni Archiwum następny >

Odkrycie wysokoenergetycznego promieniowania gamma z dżetu w aktywnej galaktyce Centaurus A

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). To ważne dla astronomii odkrycie zostało dokonane z udziałem polskich naukowców, w tym zespołu z Obserwatorium Astronomicznego UJ.

Wykorzystując w sumie 202 godziny obserwacji (co odpowiada około 1/6 całego czasu obserwacyjnego dostępnego 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 radiogalaktyki.

Emisja 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 rozpędzane przez fizyków w najpotężniejszych ziemskich akceleratorach.

Dżety, wystrzeliwane 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 zastosowaniu 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 prędkościami bliskimi 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 wynosi prędkość światła w atmosferze (!) cząstki kaskady generują tzw. "promieniowanie Czerenkowa", czyli słabe światło widzialne w zakresie optycznym, można takie kaskady zaobserwować oraz 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, przy czym dla galaktyki Cen A potrzeba było niezwykle długich obserwacji jej słabej emisji gamma oraz bardzo precyzyjnej i trudnej analizy zebranych 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, dostępnym na YouTube.


Interesujące linki na temat obserwatorium H.E.S.S.:

• https://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS/
• https://www.facebook.com/HESSTelescopes
• https://twitter.com/hesstelescopes



Oryginalna publikacja: The H.E.S.S. Collaboration, Resolving acceleration to very high energies along the jet of Centaurus A, Nature, VI 2020.

Przedstawione wyniki są częścią badań prowadzonych w Zakładzie Astrofizyki Wysokich Energii i Zakładzie Astronomii Gwiazdowej i Pozagalaktycznej Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Jagiellońskiego. Zostały uzyskane przy finansowym wsparciu Narodowego Centrum Nauki w ramach grantu NCN 2016/22/M/ST9/00382. W skład zespołu badawczego z OAUJ wchodzą: prof. dr hab. Michał Ostrowski, dr hab. Marek Jamrozy, dr hab. Łukasz Stawarz i doktorantka Angel Priyama Noel.



Kontakt:

Michał Ostrowski Obserwatorium Astronomiczne UJ M.Ostrowski [at] oa.uj.edu.pl