För inte så länge sedan, astronomer kartlade en galax långt, långt borta med hjälp av radiovågor och fann att den har en slående välbekant form. I processen, de upptäckte föremålet, kallas TXS 0128+554, upplevde två kraftfulla anfall av aktivitet under förra seklet.

För ungefär fem år sedan, NASA:s Fermi Gamma-ray rymdteleskop rapporterade att TXS 0128+554 (TXS 0128 för kort) är en svag källa till gammastrålar, den högsta energiformen av ljus. Forskare har sedan dess tagit en närmare titt med hjälp av Very Long Baseline Array (VLBA) och NASA:s Chandra X-ray Observatory.

"Efter Fermi-meddelandet, vi zoomade in en miljon gånger närmare galaxen med hjälp av VLBA:s radioantenner och kartlade dess form över tid, sa Matthew Lister, en professor i fysik och astronomi vid Purdue University i West Lafayette, Indiana. "Första gången jag såg resultatet, Jag trodde direkt att det såg ut som Darth Vaders TIE-jaktskepp från "Star Wars:A New Hope". Det var en rolig överraskning, men dess utseende vid olika radiofrekvenser hjälpte oss också att lära oss mer om hur aktiva galaxer kan förändras dramatiskt på decenniumsskalor."

Ett papper som beskriver resultaten, ledd av Lister, publicerades i numret den 25 augusti av Astrofysisk tidskrift och är nu tillgänglig online.

TXS 0128 ligger 500 miljoner ljusår bort i stjärnbilden Cassiopeia, förankrat av ett supermassivt svart hål runt 1 miljard gånger solens massa. Den klassificeras som en aktiv galax, vilket innebär att alla dess stjärnor tillsammans inte kan stå för mängden ljus den avger.

En aktiv galaxs extra energi inkluderar överskott av radio, röntgen, och gammastrålningsljus. Forskare tror att detta utsläpp kommer från regioner nära dess centrala svarta hål, där en virvlande skiva av gas och damm samlas och värms upp på grund av gravitations- och friktionskrafter.

Cirka en tiondel av aktiva galaxer producerar ett par jetstrålar, strålar av högenergipartiklar som färdas med nästan ljusets hastighet i motsatta riktningar. Astrofysiker tror att dessa strålar producerar gammastrålar. I vissa fall, kollisioner med svag intergalaktisk gas saktar så småningom ner och stoppar den utåtgående rörelsen av jetpartiklar, och materialet börjar strömma tillbaka mot galaxens centrum. Detta resulterar i breda regioner, eller lober, fylld med snabbrörliga partiklar som spiral runt magnetfält. Partikelinteraktionerna skapar ljusa radioemissioner.

Fermi har identifierat över 3, 000 aktiva galaxer som använder sitt Large Area Telescope, som undersöker hela himlen var tredje timme. Nästan alla av dem är inriktade så att en stråle pekar nästan direkt mot jorden, vilket förstärker deras signaler. TXS 0128, dock, är runt 100, 000 gånger mindre kraftfull än de flesta av dem. Faktiskt, även om det är relativt nära, Fermi behövde samla fem års data från galaxen innan han rapporterade den som en gammastrålningskälla 2015.

Forskare lade sedan till galaxen till en långvarig undersökning gjord av VLBA, ett nätverk av radioantenner som drivs av National Radio Astronomy Observatory som sträcker sig från Hawaii till Amerikanska Jungfruöarna.

Arrayens mätningar ger en detaljerad karta över TXS 0128 vid olika radiofrekvenser. Radiostrukturen som de avslöjade spänner över 35 ljusår och lutar cirka 50 grader utanför vår synlinje. Denna vinkel betyder att strålarna inte är riktade direkt mot oss och kan förklara varför galaxen är så svag i gammastrålar.

"Det verkliga universum är tredimensionellt, men när vi tittar ut i rymden, vi ser vanligtvis bara två dimensioner, sa Daniel Homan, en medförfattare och professor i astronomi vid Denison University i Granville, Ohio. "I detta fall, vi har tur eftersom galaxen är vinklad på ett sådant sätt, ur vårt perspektiv, att ljuset från den längre loben färdas dussintals fler ljusår för att nå oss än ljuset från den närmaste. Detta betyder att vi ser den längre loben vid en tidigare tidpunkt i dess utveckling."

Om galaxen var inriktad så att strålarna och loberna var vinkelräta mot vår siktlinje, allt ljus skulle nå jorden samtidigt. Vi skulle se båda sidor i samma utvecklingsstadium, vilket de är i verkligheten.

Galaxens skenbara form beror på vilken radiofrekvens som används. Vid 2,3 gigahertz (GHz), cirka 21 gånger högre än den maximala sändningsfrekvensen för FM-radio, det ser ut som en amorf klump. TIE-fighterformen uppstår vid 6,6 GHz. Sedan, vid 15,4 GHz, ett tydligt gap i radioutstrålningen uppstår mellan galaxens kärna och dess lober.

Listers team misstänker att en paus i TXS 0128:s aktivitet skapade denna lucka. Galaxens jetstrålar verkar ha startat för cirka 90 år sedan, som observerats från jorden, och slutade sedan cirka 50 år senare, lämnar efter sig de osammanhängande loberna. Sedan, för ungefär ett decennium sedan, strålarna slogs på igen, producerar utsläppet sett närmare kärnan. Vad som orsakade den plötsliga uppkomsten av dessa aktiva perioder är fortfarande oklart.

Radioemissionen kastar också ljus över platsen för galaxens gammastrålningssignal. Många teoretiker förutspådde att unga, radioljusaktiva galaxer producerar gammastrålar när deras jetstrålar kolliderar med intergalaktisk gas. Men i TXS 0128:s fall, åtminstone, partiklarna i loberna producerar inte tillräckligt med kombinerad energi för att generera de detekterade gammastrålarna. Istället, Listers team tror att galaxens jetstrålar producerar gammastrålar närmare kärnan, som de flesta aktiva galaxer som Fermi ser.

Teamet observerade galaxen i röntgenstrålar med Chandra, letar efter bevis på en omslutande kokong av joniserad gas. Även om deras mätningar inte kunde bekräfta närvaron eller frånvaron av en kokong, det har funnits bevis för sådana strukturer i andra aktiva galaxer, som Cygnus A. Observationerna indikerar att galaxen har en stor mängd damm och gas som omger sin kärna, vilket överensstämmer med en mycket lutande betraktningsvinkel.

"Denna galax påminner oss om vikten av observationer med flera våglängder, tittar på föremål över ett brett spektrum av det elektromagnetiska spektrumet, sa Elizabeth Hays, Fermi-projektets forskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Fermi, VLBA, och Chandra lägger varsin lager till vår växande bild av detta objekt, avslöjar sina egna överraskningar."

Fermi Gamma-ray Space Telescope är ett partnerskap för astrofysik och partikelfysik som förvaltas av NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Fermi utvecklades i samarbete med US Department of Energy, med viktiga bidrag från akademiska institutioner och partners i Frankrike, Tyskland, Italien, Japan, Sverige, och USA.

NASA:s Marshall Space Flight Center hanterar Chandra-programmet. Smithsonian Astrophysical Observatorys Chandra X-ray Center kontrollerar vetenskap och flygoperationer från Cambridge och Burlington, Massachusetts.