Радіогалактика TXS 2354+015 знаходиться на відстані 12,5 млрд. світлових років від нас. Як і усі подібні системи, газ та пил, що її оточують, випромінюють багато невидимої людському оку енергії завдяки надмасивній чорній дірі, що іонізує їх. Однак науковців вразило те, наскільки потужною вона є.
Активні ядра галактик чутно у радіодіапазоні
Як повідомляє сайт phys.org, астрономи підтвердили існування потужної радіогалактики, вік якої становить майже 12,5 мільярда років. Джерело, позначене як TXS 2354+015, спочатку було визначено як об’єкт із високим червоним зсувом на основі характерного зниження інтенсивності оптичного випромінювання, а подальші спектроскопічні дослідження встановили його червоний зсув на рівні 4,946. Це означає, що радіогалактика знаходиться дуже далеко від нас.
Коли речовина падає на надмасивну чорну діру в центрі галактики, аккреційна активність, що виникає в результаті, може призвести до утворення активного ядра (АЯГ) і запускати потужні релятивістські струмені плазми, що генерують великі обсяги радіохвиль. Таку галактику називають радіогучним активним ядром галактики (РАЯГ). Енергія, яку несуть ці струмені, може впливати на зореутворення в галактиці та нагрівати газ, що її оточує.
Цей «зворотний зв’язок АЯГ» враховується в моделюванні для правильного прогнозування кількості галактик у Всесвіті. Такі потужні галактики в ранньому Всесвіті — так звані РАЯГ з високим червоним зміщенням — зазвичай вказують на розташування наймасивніших галактик та скупчень галактик, що утворилися найраніше.
Однак центральна чорна діра та прилеглі області найпотужніших РАЯГ раннього Всесвіту приховані бульбашкою пилового газу, і лише радіострумінь здатний прорватися назовні та бути безпосередньо помітним. Зокрема, дослідження 2024 року вказує на те, що аж 90 % цих джерел із червоним зсувом понад 3,5 можуть бути приховані в ультрафіолетовому та оптичному діапазонах. Оскільки вони приховані, їх важко виявити та підтвердити спектроскопічно.
Найвіддаленіші радіогалактики
Домінуючий підхід до пошуку радіоджерел, який базується на виявленні незвично крутих спектрів, судячи з усього, не враховує значну частину реальної популяції. Щоб обійти цю проблему, астрономи замість цього поєднали глибоку оптичну зйомку з радіокаталогами, шукаючи галактики, світло яких демонструвало характерну ознаку «зникнення» — свідчення надзвичайної віддаленості. Цей метод відомий як техніка «Лайман-брейк»: хмари нейтрального водню, що знаходяться між галактикою та спостерігачем, поглинають ультрафіолетове світло, що призводить до різкого спаду спостережуваного оптичного спектра галактики при таких високих червоних зсувах.
У цій роботі команда під керівництвом Барбари Балмаверде з Астрофізичної обсерваторії INAF у Турині об’єднала дані глибокої оптичної зйомки, отримані в рамках обстеження «Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program» телескопа «Субару», з радіокаталогами, такими як TGSS на частоті 150 МГц та VLASS на частоті 3 ГГц, щоб виявити радіоджерела, оптичні аналоги яких демонструють характерну особливість «провалу» в діапазоні червоного зсуву від 4,5 до 5,3, коли вік Всесвіту становив від 1,1 до 1,3 мільярда років.
У ході пошуків вони виявили цікавого кандидата — TXS 2354+015, оптичний спектр якого містив яскраво виражену лінію випромінювання Лайман-альфа. Вони перевірили червоне зміщення за допомогою другої, слабшої лінії випромінювання. На основі положення лінії випромінювання команда підтвердила червоне зміщення на рівні 4,946, що відповідає часу, коли вік Всесвіту становив менше ніж 1,2 мільярда років. Це робить її другою за віддаленістю радіогалактикою, яку коли-небудь було виявлено.
Вони також перевірили, чи не було це випадковим збігом. Точна збіжність позицій у оптичних та радіоданих, надзвичайно рідкісна радіояскравість та очікуване співвідношення між радіо- та оптичним випромінюванням — все це підтвердило висновок, що це справжнє радіоджерело з оптичним аналогом.
Найпотужніша радіогалактика з виявлених
Коли вчені розрахували її внутрішню радіопотужність, виявилося, що TXS 2354+015 є потужнішою за будь-яку іншу відому радіогалактику з високим червоним зсувом, описану в існуючій літературі. Її оціночна радіопотужність на частоті 500 МГц перевищує показник попереднього рекордсмена, зафіксованого під час обстеження 2008 року.
Дослідники також оцінили можливу масу галактики-господаря приблизно в 2 трильйони сонячних мас. Це число робить її однією з найяскравіших відомих галактик. «Ця оцінка, безперечно, супроводжується кількома значними невизначеностями, зокрема щодо віку зоряного населення», — зазначає команда.
Дослідники виявили, що TXS 2354+015 не відповідає звичайним критеріям відбору галактик з ультракрутим спектром. Її відкриття за допомогою методу оптичного зникнення підтверджує думку про те, що стандартна техніка радіовідбору є неповною і, ймовірно, пропускає значну частину справжньої популяції затьмарених радіогалактик у ранньому Всесвіті.
