NGC 3079: galaktyczne bańki grają w pinball z energetycznymi cząstkami

Credit: X-ray: NASA/CXC/University of Michigan/J-T Li et al.; Optical: NASA/STScI

Wszyscy znamy bąbelki z napojów gazowanych czy bańki na wodzie z mydłem. Te bańki, z którymi mamy styczność na Ziemi mają rozmiary do kilkunastu-kilkudziesięciu centymetrów i składają się z cienkiej warstwy płynu otaczającej niewielką ilość powietrza lub innych gazów. Jednak w przestrzeni kosmicznej istnieją zupełnie inne bańki – zbudowane z lżejszego gazu zamkniętego w cięższym – i mogą one być naprawdę ogromne.

Galaktyka NGC 3079 znajdująca się około 67 milionów lat świetlnych od Ziemi zawiera dwie “superbańki” nieprzypominające niczego na naszej planecie. Para przypominających balony obszarów znajduje się po przeciwnych stronach centrum galaktyki: jedna ma 4900 lat świetlnych średnicy, a druga niewiele mniejsza, 3600. Tak tylko przypominając – jeden rok świetlny to około 9 bilionów kilometrów.

Superbańki w NGC 3079 emitują światło w zakresie rentgenowskim, optycznym i radiowym, dzięki czemu są widoczne dla teleskopów NASA. Na powyższym zdjęciu, dane rentgenowskie z Obserwatorium Chandra przedstawiono kolorem fioletowym, a dane optyczne z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a przedstawiono kolorem pomarańczowym i niebieskim. Na opisanej wersji zdjęcia w zakresie rentgenowskim górna superbańka jest wyraźnie widoczna, a z dolnej dostrzegalna jest nieco słabsza emisja.

Nowe obserwacje przeprowadzone za pomocą Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra wskazują, że znajdujący się w NGC 3079 akcelerator cząstek kosmicznych emituje ultra-energetyczne cząstki na krawędziach superbaniek. Owe cząstki mogą być dużo bardziej energetyczne od tych wytworzonych w Wielkim Zderzaczu Hadronów, największym na świecie akceleratorze cząstek zbudowanym przez ludzi.

Superbańki w NGC 3079 stanowią dowody na to, że one oraz struktury do nich podobne mogą być źródłem wysokoenergetycznych cząstek zwanych promieniami kosmicznymi, które regularnie bombardują Ziemię. Fale uderzeniowe – przypominające grom dźwiękowy naddźwiękowego samolotu – związane z eksplodującymi gwiazdami, mogą przyspieszać cząstki do energii 100 razy większych od tych wytwarzanych w LHC. Niemniej jednak astronomowie nie są pewni pochodzenia jeszcze bardziej energetycznych promieni kosmicznych. Nowe wyniki badań wskazują, że superbańki mogą być jednym ze źródeł tych ultra-energetycznych promieni kosmicznych.

Zewnętrzne regiony baniek wytwarzają fale uderzeniowe rozszerzając się i zderzając z otaczającym je gazem. Naukowcy uważają, że naładowane cząstki rozpraszają się i odbijają od splątanych pól magnetycznych w tych falach uderzeniowych niczym piłki odbijające się od ramion maszyn do pinballa. Gdy owe cząstki przekraczają czoło fali są przyspieszane, tak jakby zostały uderzone przez ramię flippera. Te energetyczne cząstki mogą w ten sposób uciec z bańki i z czasem na przykład dotrzeć do Ziemi pod postacią promieni kosmicznych.

Ilość fal radiowych i promieni rentgenowskich na różnych długościach fali w jednej z tych baniek wskazuje, że źródłem emisji są elektrony przemieszczające się po spirali wokół linii pola magnetycznego i promieniujące w procesie promieniowania synchrotronowego. To pierwszy bezpośredni dowód promieniowania synchrotronowego w wysokoenergetycznych promieniach rentgenowskich w superbańce o rozmiarach galaktyki i mówi on naukowcom wiele o maksymalnych energiach osiąganych przez elektrony. Nie wiadomo jednak dlaczego emisja synchrotronowa obserwowana jest tylko w jednej bańce.

Widma radiowe i rentgenowskie wraz z położeniem emisji rentgenowskiej wzdłuż krawędzi baniek wskazują, że cząstki odpowiedzialne za emisję rentgenowską musiały być przyspieszane w falach uderzeniowych ponieważ straciłyby za dużo energii gdyby były transportowane z centrum galaktyki.

Superbańki NGC 3079 to młodsze kuzynki “baniek Fermiego” po raz pierwszy dostrzeżonych w Drodze Mlecznej w 2010 roku. Astronomowie uważają, że takie superbańki mogą powstawać w procesach związanych z materią opadającą na supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki, co prowadzi do uwolnienia olbrzymich ilości energii w formie cząstek i pól magnetycznych. Superbańki mogą być także kształtowane przez wiatry wiejące z dużej liczby młodych, masywnych gwiazd.

Źródło: Chandra X-ray Center

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.