Gökbilimciler, bir galaksinin “gölgelerinde” gizlenmiş bilinmeyen bir yapı keşfettiler. Bunu, zayıf radyo emisyonunu tespit etmek için en büyük astronomik proje olan Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisinin (ALMA) dinamik aralığını genişleterek başardılar.

Radyo frekansından bağımsız olarak sabit parlaklığa sahip olan bu zayıf radyo emisyonu, ikonik bir kozmik deniz feneri olan kuasar 3C 273’ün ev sahibi gökadası boyunca on binlerce ışık yılı uzaklığa kadar uzanıyor. Bu keşif, galaksi evriminin ve yıldız oluşumunun sırlarının çözülmesine yardımcı olabilir.

Japonya’daki bir gökbilimciler ekibi, yüksek görüntüleme dinamik aralığına ulaşmanın bir sonucu olarak, merkezinde enerjik bir kara delik bulunan dev bir galaksiyi kaplayan zayıf bir radyo emisyonunu ilk kez keşfetti. Radyo emisyonu, doğrudan merkezi kara delik tarafından oluşturulan gazdan salınmaktaydı. Ekip, aynı tekniği diğer kuasarlara uygulayarak bir kara deliğin ev sahibi galaksiyle nasıl etkileşime girdiğini anlamayı umuyor.

Parlak Kuasar 3C 273

Dünya’dan 2,4 milyar ışık yılı uzaklıkta bulunan 3C 273 bir kuasardır. Bir kuasar, merkezinde büyük bir kara delik barındırdığına inanılan ve çevresindeki materyali yutan ve muazzam radyasyon yayan bir galaksi çekirdeğidir. 3C 273 şimdiye kadar keşfedilen ilk kuasar olup, en parlak ve en iyi çalışılmış olanıdır.

1960’ların başında astronom Allan Sandage tarafından keşfedilmiştir. Gökyüzünde bir konum standardı olarak kullanılabildiği için teleskoplarla en sık gözlenen kaynaklardan biridir: başka bir deyişle 3C 273 bir radyo deniz feneridir. Başak takımyıldızında dev bir eliptik galakside bulunmasına rağmen, Dünya’dan gökyüzündeki optik olarak en parlak kuasardır.

Dinamik Aralık

Bir arabanın farını gördüğünüzde, göz kamaştırıcı parlaklık, daha karanlık çevreyi görmenizi zorlaştırır. Aynı şey, parlak nesneleri gözlemlediğinizde teleskoplara da olur. Dinamik aralık, bir görüntüdeki en parlak ve en koyu tonlar arasındaki kontrasttır.

Bir teleskopun tek çekiminde hem parlak hem de karanlık kısımları ortaya çıkarmak için yüksek bir dinamik aralığa ihtiyacınız olur. ALMA ile düzenli olarak yaklaşık 100’e kadar dinamik görüntüleme aralığı elde edilebilir, ancak ticari olarak temin edilen dijital kameralar tipik olarak birkaç bin dinamik aralığa sahiptir. Radyo teleskoplar, belirgin kontrastlı nesneleri görmede pek iyi değildir.

3C 273’e Uygulanan Teknik

3C 273, onlarca yıldır en ünlü kuasar olarak bilinir, ancak bilgilerimiz, çoğu radyo dalgasının geldiği parlak merkezi çekirdekleri üzerinde yoğunlaşmıştı. Ancak, ev sahibi gökadanın kendisi hakkında çok daha az şey biliniyordu çünkü sönük ve dağınık gökada ile 3C 273 çekirdeğinin birleşimini algılamak için bu kadar yüksek dinamik aralıklar gerektiriyordu.

Araştırma ekibi, 3C 273’ten galaksiye radyo dalgalarının sızmasını azaltmak için “kendi kendine kalibrasyon” adı verilen bir teknik uyguladı; bu teknikte, Dünya’nın atmosferik dalgalanmalarının teleskop sistemi üzerindeki etkilerini düzeltmek için 3C 273’ün kendisi kullanıldı. Böylece galaksi dışı nesneler için ALMA kaydı olan 85 binlik bir görüntüleme dinamik aralığına ulaştılar.

Ekip, yüksek görüntüleme dinamik aralığına ulaşmanın bir sonucu olarak, ev sahibi 3C 273 gökadası üzerinde on binlerce ışık yılı boyunca uzanan zayıf radyo emisyonunu keşfetti. Kuasarların etrafındaki radyo emisyonu, tipik olarak, yıldız oluşumu patlamaları veya merkezi çekirdekten çıkan ultra hızlı jetler gibi yüksek enerjili olaylardan gelen sinkrotron ışınımıdır. 3C 273’te görüntülerin sağ alt kısmında görülen bir sinkrotron jetidir.

Sinkrotron ışınımı, elektronlar ya da herhangi diğer yüklü parçacıkların eğrisel bir yörüngede ivmelendirildiklerinde hareket doğrultusunda yaptıkları elektromanyetik ışınımdır. Bu ışınımın temel bir özelliği, parlaklığının frekansla değişmesidir.

Ancak ekip tarafından keşfedilen zayıf radyo emisyonu, radyo frekansından bağımsız olarak sabit bir parlaklığa sahipti. Alternatif mekanizmaları düşündükten sonra ekip, bu zayıf ve uzun süreli radyo emisyonunun, doğrudan 3C 273 çekirdeği tarafından enerji verilen galaksideki hidrojen gazından geldiğini buldu.

Böyle bir mekanizmadan gelen radyo dalgalarının, bir kuasarın ev sahibi gökadasında on binlerce ışık yılı boyunca uzandığı ilk kez keşfediliyor. Gökbilimciler, bu ikonik kozmik deniz fenerinde onlarca yıldır bu fenomeni gözden kaçırmışlardı.

Peki bu keşif neden bu kadar önemlidir?

Bir kuasar çekirdeğinden gelen enerjinin, galaksinin yıldız oluşturma yeteneğinden yoksun bırakacak kadar güçlü olup olmadığı galaktik astronomide büyük bir gizem olmuştur. Keşfedilen soluk radyo emisyonu bunu çözmeye yardımcı olabilir. Hidrojen gazı, yıldızların yaratılmasında temel bir bileşendir. Ancak üzerlerine o kadar yoğun bir ışık parlarsa, gaz çözülür (iyonize olur), hiçbir yıldız doğamaz.

Bu sürecin kuasarların etrafında olup olmadığını incelemek için gökbilimciler iyonize gazın yaydığı optik ışığı kullandılar. Optik ışıkla çalışmanın sorunu, kozmik tozun teleskopa giden yol boyunca ışığı emmesidir, bu nedenle gazın ne kadar ışık yaydığını bilmek zordur. Dahası, optik ışık yaymaktan sorumlu mekanizma karmaşıktır ve astronomları birçok varsayımda bulunmaya zorlar.

Bu çalışmada keşfedilen radyo dalgaları, basit işlemlerden dolayı aynı gazdan gelmekte ve toz tarafından emilmemektedir. Radyo dalgalarını kullanmak, 3C 273’ün çekirdeği tarafından oluşturulan iyonize gazın ölçülmesini çok daha kolay hale getirir.

Bu çalışmada gökbilimciler, 3C 273’ten gelen ışığın en az %7’sinin ev sahibi gökadadaki gaz tarafından emildiğini ve güneşin kütlesinin 10 ila 100 milyar katı kadar iyonize gaz oluşturduğunu buldular. Bununla birlikte, 3C 273, yıldızların oluşumundan hemen önce çok fazla gaza sahipti, bu nedenle bir bütün olarak, yıldız oluşumu çekirdek tarafından güçlü bir şekilde bastırılmış gibi görünmüyordu.

Kogakuin Üniversitesi’nden ekip lideri astrofizikçi Shinya Komugi, “Bu keşif, daha önce optik ışıkla gözlemler kullanılarak ele alınan sorunları incelemek için yeni bir yol sağlıyor. Aynı tekniği diğer kuasarlara uygulayarak, bir galaksinin merkezi çekirdekle etkileşimi yoluyla nasıl geliştiğini anlamayı umuyoruz” dedi.