O pierścieniopodobnych strukturach w Herkules A2022-08-06. Andrzej Wiśniewski
Galaktyka Herkules A jest bardzo interesująca, ponieważ występują w niej charakterystyczne pierścienie we wschodnim płacie dżetu. Powstanie wspomnianych formacji stanowi dylemat dla naukowców od czasu zaobserwowania tego obiektu w 1948 roku.
Poznanie ich genezy dałoby nam furtkę do wglądu w dynamikę relatywistycznych dżetów, a także rolę fal uderzeniowych i przyśpieszenia cząstek w płatach radiowych AGN (Active Galactic Nuclei, aktywnych jądrach galaktyk). Herkules A uważany jest za wzorzec AGN, przede wszystkim z powodu swoich ogromnych rozmiarów, co przyczynia się do możliwości badania całego źródła, począwszy od świeżych dżetów, do starej plazmy w płatach dżetu.
Modele powstania pierścieni
Obecnie rozważa się dwa modele powstania pierścieni. Według pierwszego modelu za powstanie pierścieni miałyby być odpowiedzialne serie wstrząsów między starym płatem a wciąż napływającym materiałem z dżetu. W tej hipotezie dużą rolę miałyby odgrywać adiabatyczna kompresja i przyśpieszanie cząstek, które powinny tworzyć cienkie i zakrzywione regiony emisyjne, co zgadza się z obserwacjami.
Jednym z argumentów przemawiających za tym modelem jest to, że pierścienie kształtem przypominają wstrząsy rozprzestrzeniające się po materii otaczającej dżety gwiazdowe, spowodowane przejściem przez nierówności na ich powierzchni, w języku angielskim nazywane „side shocks”.
Z drugiej strony model ten ma pewne wady, przede wszystkim, nie jest on w stanie w przekonujący sposób wyjaśnić indeksu spektralnego w zachodnim płacie. Kolejną kwestią jest to, że indeks widmowy nie jest typowy dla fal uderzeniowych i byłby on w tym wypadku trudny do zinterpretowania. Problemem jest także to, że kolejne pierścienie licząc od jądra, wykazują coraz większą krzywiznę widma (patrz źródło [1]), pomimo tego, że przewidywania tej hipotezy prowadzą do wniosku, że widmo powinno mieć coraz mniejszą krzywiznę.
Według drugiego modelu pierścienie miałyby tworzyć swego rodzaju „wewnętrzne płaty” dżetu, powstałe z nowego materiału z dżetu i oddzielone od reszty materii.
Ta hipoteza jest sugerowana ze względu na zgodne z jej przewidywaniami podobieństwo indeksu spektralnego pierścieni do dżetów, co usuwa wszelkie problemy modelu wstrząsów w tym zakresie.
Istotną rolę miałyby mieć właściwości promieniowania synchrotronowego, które powinno przejawiać się w tym modelu. Co więcej, elektrony o wyższej energii powinny być wypromieniowywane jako pierwsze, tworząc przerwę w widmie synchrotronowym. Wraz ze starzeniem się plazmy, przerwa ta powinna się przesuwać ku niższym częstotliwościom, co prowadziłoby do coraz większej stromizny widmowej pierścieni, licząc od jądra. Model ten jednak ma problemy z wyjaśnieniem obserwowanego kształtu pierścieni.
Najnowsze badania
W niedawnej pracy R. Timmerman, et al. 2022 zbadano galaktykę Herkules A za pomocą teleskopów LOFAR i VLA, w częstotliwościach 144 MHz, 1,5 GHz i 7 GHz, pozwalając po raz pierwszy zbadać Herkules A z tak wysoką rozdzielczością kątową (poniżej jednej minuty kątowej). Badania te znacząco rozszerzyły obecne do tej pory obserwacje o duże niższe częstotliwości, zachowując przy tym wystarczająco wysoką rozdzielczość kątową, by rozróżnić pojedyncze pierścienie, co dostarczyło dużo większych możliwości stwierdzenia, który model pasuje do danych obserwacyjnych.
Pozwoliły one także na nie tylko bardzo dokładne zbadanie indeksu widmowego, ale także stromizny widmowej. Obserwacje pokazały, że kolejne pierścienie, licząc od jądra, mają coraz większą stromiznę widmową, co oznacza, że jest widoczna typowa przerwa w widmie synchrotronowym jako konsekwencja starzenia się.
To sugeruje, że pierścienie są obiektem działania starzenia synchrotronowego, co jest przewidywaniem modelu wewnętrznego płatu. Stąd, obserwacje R. Timmerman, et al. 2022 wskazują na większą zgodność obserwacji z modelem wewnętrznego płatu niż z modelem wstrząsów.
Niewykluczone jednak, że adiabatyczna kompresja i przyśpieszanie cząstek również mogą mieć wpływ na jasność pierścieni. Wciąż jednak nie zostały dostarczone ostateczne dowody rozstrzygające tę kwestię. Pomimo że obserwacje dostarczają dowody na korzyść modelu wewnętrznego płatu, wciąć ten model nie jest w stanie w pełni wyjaśnić kształtu pierścieni.
Dowody potwierdzające zgodność tej hipotezy z obserwowanym kształtem można by prawdopodobnie uzyskać dzięki szczegółowym symulacjom magnetohydrodynamicznym. Wyrzuty z dżetów mogłyby być zasymulowane, bazując na naszym obecnym zrozumieniu środowiska Herkules A, replikując obserwowane struktury pierścienio-podobne, dzięki czemu można by dokładnie potwierdzić ich naturę.
Źródła:
• [1] Timmerman, R., et al. "Origin of the ring structures in Hercules A-Sub-arcsecond 144 MHz to 7 GHz observations." Astronomy & Astrophysics 658 (2022): A5.
6 sierpnia 2022
• [2] Gizani, Nectaria AB, and J. P. Leahy. "A multiband study of Hercules A—II. Multifrequency Very Large Array imaging." Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 342.2 (2003): 399-421.
6 sierpnia 2022
Obraz galaktyki aktywnej Herkules A w świetle widzialnym z teleskopu Hubble’a złożony z obrazem w widmie radiowym z VLA. Źródło: NASA, ESA, Hubble Team
https://astronet.pl/wszechswiat/o-piers ... erkules-a/
