En ny undersökning av en obskyr klass av galaxer känd som Compact Symmetric Objects, eller CSOs, har avslöjat att dessa objekt inte är helt vad de verkar. CSOs är aktiva galaxer som är värd för supermassiva svarta hål i sina kärnor. Ur dessa monstruösa svarta hål springer två jetstrålar i motsatta riktningar med nästan ljusets hastighet. Men i jämförelse med andra galaxer som har hårda jetstrålar sträcker sig dessa jetstrålar inte ut till stora avstånd – de är mycket mer kompakta.
I många decennier misstänkte astronomer att CSOs helt enkelt var unga och att deras jetplan så småningom skulle resa ut till längre avstånd. Nu, rapportering i tre olika tidningar i The Astrophysical Journal , har ett Caltech-ledd team av forskare kommit fram till att CSO:er inte är unga utan snarare lever relativt korta liv.
"Dessa CSOs är inte unga", förklarar Anthony (Tony) Readhead, Robinsonprofessorn i astronomi, emeritus, som ledde undersökningen. "Du skulle inte kalla en 12-årig hund för ung trots att den har levt kortare liv än en vuxen människa. Dessa föremål är en helt egen art som lever och dör ut om tusentals år snarare än miljontals. år som är vanliga i galaxer med större jetstrålar."
I de nya studierna granskade teamet litteratur och tidigare observationer av mer än 3 000 CSO-kandidater, verifierade 64 som verkliga och identifierade ytterligare 15 CSO:er. Alla dessa objekt hade tidigare observerats av National Radio Astronomy Observatory's Very Long Baseline Array (VLBA), och några hade observerats av andra högupplösta radioteleskop.
"VLBA-observationerna är de mest detaljerade inom astronomi och ger bilder med detaljer som motsvarar att mäta bredden på ett hårstrå på ett avstånd av 100 miles", säger Readhead.
Teamets analys drar slutsatsen att CSOs driver ut jetplan i 5 000 år eller mindre och sedan dör ut.
"CSO-jetplanen är väldigt energiska jetplan men de verkar stängas av", säger Vikram Ravi, biträdande professor i astronomi vid Caltech och medförfattare till en av studierna. "Jetstrålarna slutar strömma från källan."
När det gäller vad som driver de kortlivade jetplanen, tror forskarna att orsaken är en tidvattenavbrottshändelse (TDE), som inträffar när en enda stjärna vandrar för nära ett supermassivt svart hål och slukas.
"Vi tror att en enda stjärna slits sönder, och sedan kanaliseras all energi till jetstrålar längs axeln som det svarta hålet snurrar runt," säger Readhead. "Det gigantiska svarta hålet börjar osynligt för oss, och sedan när det förbrukar en stjärna, bom – det svarta hålet har bränsle, och vi kan se det."
Readhead misstänkte först att CSOs kunde drivas av TDE redan på 1990-talet, men han säger att idén till stor del gick obemärkt förbi av forskarvärlden. "Hypotesen var nästan bortglömd eftersom åren gick innan observationsbevis började öka för TDE", säger han. Vid tidpunkten för hans ursprungliga hypotes hade endast tre CSOs hittats.
Snabbspola framåt till 2020. Readhead, som hade pausat sina studier av CSOs för att fördjupa sig i olika problem inom radioastronomi, bestämde sig för att det var dags att ta upp ämnet igen. Han samlade några av sina kollegor på Zoom, och de bestämde sig för att kamma igenom litteratur och sålla bort föremål som hade felklassificerats som CSOs. Under de kommande två åren undersökte teamet mer än 3 000 CSO-kandidater, vilket minskade gruppen till endast dussintals som hade kriterierna för att vara riktiga CSO:er.
I slutändan började en bild av CSOs som en helt distinkt familj med jetstrålar som dör ut mycket tidigare än deras gigantiska bröder, som de av den extremt kraftfulla Cygnus A, en galax som skjuter ut extremt kraftfulla jetstrålar som lyser starkt vid radiovåglängder . Dessa jetstrålar sträcker sig till avstånd på cirka 230 000 ljusår i varje riktning och varar tiotals miljoner år. Däremot sträcker sig CSO-strålarna till cirka 1 500 ljusår som mest och dör ut med cirka 5 000 år.
Enligt astronomerna bildas CSO-jetstrålarna sannolikt när ett supermassivt svart hål snackar på inte vilken stjärna som helst, utan en betydande stjärna.
"De TDE vi tidigare sett varade bara i några år", säger Ravi. "Vi tror att de anmärkningsvärda TDE:erna som driver CSO:er varar mycket längre eftersom de störda stjärnorna är mycket stora, väldigt massiva eller båda."
Genom att analysera den varierade samlingen av CSO-radiobilder säger forskarna att de kan spåra hur objekten åldras över tiden, nästan som att titta på ett fotoalbum av en CSO:s liv för att observera hur dess jetplan utvecklas. De yngre CSO:erna har kortare jetstrålar som är närmare de svarta hålen, medan de äldre objekten har jetstrålar som sträcker sig längre ut från deras svarta hål.
Även om de flesta strålarna dör ut, uppskattar forskarna att en av 100 kommer att fortsätta att bli långlivade som de av Cygnus A. I de sällsynta fallen smälter galaxerna sannolikt samman med andra galaxer, en turbulent process som ger en stor mängd bränsle.
Om upptäckterna av Readhead och hans team bekräftas med ytterligare observationer kommer CSO:erna att ge en helt ny väg för att studera hur massiva stjärnor i galaxernas centrum interagerar med supermassiva svarta hål.
"Dessa objekt är verkligen en distinkt population med sitt eget distinkta ursprung, och det är upp till oss nu att lära oss mer om dem och hur de kom till," säger Readhead. "Att kunna studera dessa objekt på tidsskalor från år till decennier snarare än miljontals år har öppnat dörren till ett helt nytt laboratorium för att studera supermassiva svarta hål och de många oväntade och oförutsägbara överraskningar de erbjuder."
Mer information: S. Kiehlmann et al., Compact Symmetric Objects. I. Mot en omfattande Bona Fide-katalog, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0c56
S. Kiehlmann et al., Compact Symmetric Objects. II. Bekräftelse av en distinkt population av strålade aktiva galaxer med hög ljusstyrka, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0cc2
A.C.S Readhead et al., Compact Symmetric Objects. III. Utvecklingen av grenen med hög ljusstyrka och en möjlig koppling till tidvattenstörningar, The Astrophysical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-4357/ad0c55
Journalinformation: Astrofysisk tidskrift
Tillhandahålls av California Institute of Technology
