Dżety Centaura A na zdjęciach obserwatoriów kosmicznych XMM-Newton i Herschel

Dżety Centaura A na zdjęciach obserwatoriów kosmicznych XMM-Newton i HerschelOriginal Press Release
Nowe zdjęcia galaktyki Centaur A zostały wykonane przez dwie misje Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA): Obserwatorium Herschel Space Observatory, który obserwowało galaktykę w zakresie dalekiej podczerwieni i sub-milimetrowym oraz obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton X-ray Observatory, który zbadał ją w zakresie promieniowania rentgenowskiego.

Galaktyka Centaura, znana również jako NGC 5128, to najbliższa olbrzymia galaktyka eliptyczna zawierająca silne źródło fal radiowych – aktywne jądra galaktyczne (AGN – Active Galactic Nucleus). Leżąc w odległości zaledwie 12 milionów lat świetlnych, Centaur jest idealnym polem testowym dla badania procesów fizycznych zachodzących w aktywnych galaktykach, umożliwiając astronomom badać drobne szczegóły, znacznie trudniejsze do wykrycia, lub po prostu niemożliwe do dostrzeżenia w bardziej odległych AGN.

Obserwowana w paśmie optycznym, galaktyka Centaur A wykazuje morfologię typową dla eliptycznej galaktyki ze sferoidalnym halo gwiazd. W paśmie widzialnym charakterystyczny jest wyraźny ciemny pyłowy pas przecinający gwiezdne halo. Obserwacje w podczerwieni umożliwiają  astronomom zajrzenie za zasłaniający pył jak również ujawniają jego strukturę poprzez wykrywanie blasku znajdującego się w nim zimnego pyłu.

Jednocześnie w wyniku aktywności AGN z Centaurus A, potężne strumienie cząstek o wysokich energiach wypływają z jądra galaktyki, w którym skrywa się supermasywna czarna materia pożerająca materię w lawinowym tempie. Dzięki elektronom znajdującym się w dżetach, emitującym promieniowanie synchrotronowe, pióropusze świecą w paśmie rentgenowskim, jak również w zakresach sub-milimetrowym i radiowym. Jednoczesne obserwacje Centaura A w wielu zakresach widma umożliwia astronomom opracowanie kompleksowego obraz tego, jak różne składniki tej fascynującej galaktyki oddziałują na siebie nawzajem w różnych skalach.

Zdjęcie dostarczone przez obserwatorium ESA Herschel łączy dane pozyskane przez instrument PACS w dalekiej podczerwieni (ukazane na żółto) z danymi instrumentu SPIRE w paśmie sub-milimetrowym (czerwone). Region centralny, widoczne przede wszystkim w danych PACS, podkreśla zniekształcony wygląd dysku galaktyki, który składa się z szeregu nachylonych, koncentrycznych pierścieni gazu i pyłu rozciągających się na kilka tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki. Choć zimny pył jest jedynie śladowym elementem jeżeli chodzi o masę galaktyki, to świeci on jasno w falach dalekiej podczerwieni i sub-milimetrowych dzięki czemu może być wykorzystany do identyfikacji struktury dysku. Ciekawy kształt dysku wskazuje, że jest on pozostałością po fuzji, w której galaktyka Centaur A pochłonęła mniejszą, bogatą w gaz galaktykę. Fuzję tę uważa się za czynnik za odpowiedzialny za wyzwolenie aktywności AGN obserwowane w Centaurze A.

W większej odległości od jądra dane dostarczone przez SPIRE ujawniają blask, który rozciąga się poza dysk i wskazuje dwa dżety wypływające z centrum galaktyki w przeciwnych kierunkach. Chociaż emisje obserwowane przez instrument SPIRE są najczęściej powiązane z termiczną emisją zimnego pyłu, w tym przypadku emisja synchrotronowe dżetów jest tak silna, że została zarejestrowana przez instrument, i dominuje na zdjęciu.

Dane SPIRE ukazują również emisji dwóch obłoków pyłu na obrzeżach galaktyki, widocznych w dolnym prawym i lewym górnym rogu zdjęcia. Obłoki te są częścią pierścienia gazu i pyłu otaczającego galaktykę, choć w innych częściach pierścienia, pył jest zbyt rzadki, by można go było zarejestrować. Pomimo zbieżności pomiędzy tymi składnikami galaktyki a kierunkiem wypływu dżetów, naukowcy uważają za mało prawdopodobne, że to właśnie dżety są odpowiedzialne za ogrzanie pyłu w obłokach, bowiem pył szybko uległby dezintegracji pod wpływem energii dżetów. Pył w obłokach jest raczej ogrzewany przez znacznie delikatniejsze promieniowanie populacji starych gwiazda Centaura A.

Dane Herschela wskazują również, że ilość gazu i pyłu w rozproszonym środowisku wokół Centaura A jest znacznie większa niż wokół innych galaktyk eliptycznych. Efekt ten także można wytłumaczyć jako kolejną spuściznę fuzji, która miała miejsce między Centaurem A i mniejszą, bogatą w gaz i pył galaktyką.

Dżety i ich interakcje z innymi składnikami galaktyki są również widoczne w zdjęciach wykonanych za pomocą kamery EPIC na pokładzie obserwatorium rentgenowskiego XMM-Newton.

Zdjęcie rentgenowskie ujawnia emisję pochodzącą z aktywnego jądra, w centrum zdjęcia, jak również z dżetów i płatów składających się z wysokoenergetycznych cząstek, produkowanych przez AGN. Na pierwszym planie widać liczne punktowe źródła, rozrzucone po całym zdjęciu. Są to rentgenowskie układu podwójne należące do naszej galaktyki – Drogi Mlecznej. Emisja promieniowania rentgenowskie z jądra Centaura jest produkowana głównie przez materię opadającą na centralną czarną dziurę. Ponadto, wewnętrzna część obu dżetów, wypływających z dysku akrecyjnego również przyczynić się do jasności rentgenowskiej centralnego źródła, choć rozdzielczość tego zdjęcia nie jest wystarczająco wysoka aby ukazać je jako osobne struktury.

Dalej od centrum zdjęcia widoczne są dwie jasne rentgenowskie struktury: włókno skierowane ku górnej lewej części zdjęcia i słaby płat ograniczony przez podobny do łuku region w jego prawym dolnym rogu. Naukowcy uważają, że obie struktury składają się z gazu należącego do ośrodka międzygwiazdowego, który został ogrzany do bardzo wysokiej temperatury w wyniku interakcji z dżetami.

Gdy materia dżetów i płatów rozszerza się z prędkościami naddźwiękowymi wywołuje fale uderzeniowe, podgrzewające otaczający gaz, który zaczyna  emitować promieniowanie rentgenowskie. Interakcja między tymi składnikami są wyraźnie widoczne na kompozytowym zdjęciu łączącym dane obserwatorium Herschel i XMM-Newton, na którym najjaśniejsze regiony rentgenowskie na obrzeżach Centaura znajdują się blisko krawędzi dżetów widzianych w paśmie sub-milimetrowym.

Źródła:

  • ESA Science: Centaurus A's far-reaching jets
  • Zdjęcie: ESA/XMM-Newton (X-rays); ESA/Herschel/PACS/SPIRE/ C.D. Wilson, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada (Far-infrared); ESO (Visible)
Centaurus A's far-reaching jets

These new views of the iconic Centaurus A galaxy come courtesy of two ESA missions: the Herschel Space Observatory, which has observed the galaxy at far-infrared and sub-millimetre wavelengths, and the XMM-Newton X-ray Observatory, which studied it in X-rays. By tracing very different components of the galaxy, these images highlight the complex interaction between the powerful jets stemming from the core of the galaxy and the diffuse medium that surrounds it.

The Centaurus A galaxy, also known as NGC 5128, is the closest giant elliptical galaxy containing a radio-loud Active Galactic Nucleus (AGN). At a distance of only about 12 million light years, Centaurus A is an ideal test bed for investigating the physical processes taking place in active galaxies, allowing astronomers to spatially resolve details that are much harder to detect in more distant sources.

When viewed at optical wavelengths, Centaurus A exhibits the morphology of an elliptical galaxy with a spheroidal halo of stars; in addition, a prominent dark lane appears to cross the halo at these wavelengths. Observations in the infrared portion of the electromagnetic spectrum allow astronomers to peer through this obscuring lane and to reveal its structure by detecting the glow of cold dust within it. Moreover, due to the AGN activity of Centaurus A, powerful jets of highly energetic particles stream from the core of the galaxy, where a supermassive black hole accretes matter at a tremendous rate. As electrons in the jets emit synchrotron radiation, the jets shine brightly in X-rays as well as at sub-millimetre and radio wavelengths. Multi-wavelength observations of Centaurus A allow astronomers to develop a comprehensive view of how the various components of this fascinating galaxy interact with one another on different scales.

The image obtained with ESA's Herschel Space Observatory combines data acquired with the PACS instrument at far-infrared wavelengths (shown in yellow) and with the SPIRE instrument at sub-millimetre wavelengths (shown in red), respectively.

The central region, mostly evident in the PACS data, highlights the warped appearance of the galaxy's disc, which consists of a number of inclined, concentric rings of gas and dust and extends up to several thousand light-years from the galaxy's centre. While only a trace component in terms of mass, cold dust shines brightly at far-infrared and sub-millimetre wavelengths and can be used to trace the disc's structure. The curious shape of the disc suggests that it is the remnant of a merger that the galaxy has undergone with a smaller, gas-rich galaxy; this merger is also believed to be responsible for having triggered the AGN activity observed in Centaurus A.

Farther away, data from SPIRE reveal a glow that extends beyond the disc and traces the two jets that stem from the galaxy's centre in opposite directions. Although emission seen by the SPIRE instrument is most often associated with thermal emission from cold dust, in this case the synchrotron emission from the jets is so strong that it is readily detected by the instrument, and dominates the emission, as shown in the image.

The SPIRE data also reveal dust emission from two clouds at the galaxy's outskirts, towards the lower-right and upper-left corners of the image. These clouds are part of a ring of gas and dust that surrounds the galaxy, but elsewhere in the ring, the dust is too tenuous to detect. In spite of the alignment between these components of the galaxy, it is unlikely that the jets are responsible for heating the dust in the clouds, as the dust would soon disintegrate under the intense power of the jet. Most likely, dust in both clouds is being heated by radiation from Centaurus A's old population of stars.

The Herschel data also show that the amount of gas and dust in the diffuse medium around Centaurus A is larger than in other elliptical galaxies. This effect can be explained as another legacy of the past merger that took place, between Centaurus A and a smaller galaxy with a richer content in gas and dust.

The jets and their interaction with other components of the galaxy are also visible in the image of Centaurus A obtained with the EPIC camera on board ESA's XMM-Newton X-ray Observatory.

The X-ray image reveals emission coming from the active nucleus, at the centre of the image, and from the jets and lobes made up of highly energetic particles emanating from it. A number of foreground point-like sources are also visible, scattered across the image: these are X-ray binaries belonging to our Galaxy, the Milky Way. The X-ray emission from the core of Centaurus A is mainly produced by the material accreted by the central black hole. In addition, the inner part of the two jets that stem from the accretion disc also contribute to the central X-ray source, although they are not resolved in this image.

Further away from the centre of the image, two X-ray bright structures are visible: a filament extending to the upper left side of the galaxy's core and a faint lobe bounded by an arc-shaped region to its lower right. Both structures are believed to consist of gas from the galaxy's interstellar medium that has been heated to very high temperatures while interacting with the jet.

As the outflowing material in the jets and lobes expands supersonically, it gives rise to shocks that contribute to heating up the surrounding gas and cause it to emit X-rays. The interaction between these components is clearly visible in the composite image combining Herschel and XMM-Newton data, where the brightest X-ray emitting regions at the outskirts of Centaurus A coincide closely with the edges of the jets seen at sub-millimetre wavelengths.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *