Cette illustration montre deux vues de la galaxie active TXS 0128+554, situé à environ 500 millions d'années-lumière. À gauche :les jets centraux de la galaxie apparaissent comme ils le seraient si nous les voyions tous les deux sous le même angle. Le trou noir, noyé dans un disque de poussière et de gaz, lance une paire de jets de particules voyageant presque à la vitesse de la lumière. Les scientifiques pensent que les rayons gamma (magenta) détectés par le télescope spatial Fermi Gamma de la NASA proviennent de la base de ces jets. Alors que les jets entrent en collision avec la matière entourant la galaxie, ils forment des lobes identiques vus aux longueurs d'onde radio (orange). Les jets ont connu deux périodes d'activité distinctes, qui a créé l'écart entre les lobes et le trou noir. A droite :la galaxie apparaît dans son orientation actuelle, avec ses jets inclinés hors de notre champ de vision d'environ 50 degrés. Crédit :Goddard Space Flight Center de la NASA
Il n'y a pas si longtemps, les astronomes ont cartographié une galaxie lointaine, loin en utilisant des ondes radio et j'ai trouvé qu'il avait une forme étonnamment familière. Dans le processus, ils ont découvert l'objet, appelé TXS 0128+554, connu deux puissants épisodes d'activité au cours du siècle dernier.
Il y a environ cinq ans, Le télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA a signalé que TXS 0128+554 (TXS 0128 en abrégé) est une faible source de rayons gamma, la forme de lumière la plus énergétique. Les scientifiques ont depuis examiné de plus près l'utilisation du Very Long Baseline Array (VLBA) et de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA.
"Après l'annonce de Fermi, nous avons zoomé un million de fois plus près de la galaxie en utilisant les antennes radio du VLBA et avons cartographié sa forme au fil du temps, " a déclaré Matthew Lister, professeur de physique et d'astronomie à l'université Purdue de West Lafayette, Indiana. "La première fois que j'ai vu les résultats, J'ai immédiatement pensé qu'il ressemblait au vaisseau spatial de chasse TIE de Dark Vador de "Star Wars:A New Hope". C'était une surprise amusante, mais son apparition à différentes fréquences radio nous a également permis d'en savoir plus sur la façon dont les galaxies actives peuvent changer radicalement à l'échelle de la décennie. »
Un article décrivant les résultats, dirigé par Lister, a été publié dans le numéro du 25 août du Journal d'astrophysique et est maintenant disponible en ligne.
TXS 0128 se trouve à 500 millions d'années-lumière dans la constellation de Cassiopée, ancré par un trou noir supermassif d'environ 1 milliard de fois la masse du Soleil. Elle est classée comme une galaxie active, ce qui signifie que toutes ses étoiles ne peuvent pas expliquer la quantité de lumière qu'elle émet.
L'énergie supplémentaire d'une galaxie active comprend un excès de radio, Radiographie, et la lumière gamma. Les scientifiques pensent que cette émission provient de régions proches de son trou noir central, où un disque tourbillonnant de gaz et de poussière s'accumule et se réchauffe à cause des forces gravitationnelles et de friction.
Cette image montre TXS 0128 à 15,4 gigahertz comme observé par le Very Long Baseline Array (VLBA), un réseau mondial d'antennes radio. Les couleurs correspondent à l'intensité du signal radio, de bas (violet) à haut (jaune). Crédit :NRAO
Environ un dixième des galaxies actives produisent une paire de jets, faisceaux de particules de haute énergie se déplaçant à presque la vitesse de la lumière dans des directions opposées. Les astrophysiciens pensent que ces jets produisent des rayons gamma. Dans certains cas, les collisions avec le gaz intergalactique ténu finissent par ralentir et arrêter le mouvement vers l'extérieur des particules de jet, et la matière commence à refluer vers le centre de la galaxie. Cela se traduit par de vastes régions, ou lobes, rempli de particules rapides en spirale autour des champs magnétiques. Les interactions des particules créent une émission radio lumineuse.
Fermi en a identifié plus de 3, 000 galaxies actives grâce à son Large Area Telescope, qui parcourt le ciel entier toutes les trois heures. Presque tous sont alignés de sorte qu'un jet pointe presque directement vers la Terre, ce qui amplifie leurs signaux. TXS 0128, cependant, est d'environ 100, 000 fois moins puissant que la plupart d'entre eux. En réalité, même si c'est relativement proche, Fermi avait besoin d'accumuler cinq ans de données de la galaxie avant de la déclarer comme source de rayons gamma en 2015.
Les chercheurs ont ensuite ajouté la galaxie à une enquête de longue date menée par le VLBA, un réseau d'antennes radio exploité par le National Radio Astronomy Observatory s'étendant d'Hawaï aux îles Vierges américaines.
Les mesures de la matrice fournissent une carte détaillée du TXS 0128 à différentes fréquences radio. La structure radio qu'ils ont révélée s'étend sur 35 années-lumière et s'incline d'environ 50 degrés hors de notre champ de vision. Cet angle signifie que les jets ne sont pas dirigés directement vers nous et peut expliquer pourquoi la galaxie est si faible en rayons gamma.
"L'univers du monde réel est en trois dimensions, mais quand nous regardons dans l'espace, nous ne voyons généralement que deux dimensions, " a déclaré Daniel Homan, co-auteur et professeur d'astronomie à l'Université Denison de Granville, Ohio. "Dans ce cas, nous avons de la chance parce que la galaxie est inclinée de telle manière, de notre point de vue, que la lumière du lobe le plus éloigné parcourt des dizaines d'années-lumière de plus pour nous atteindre que la lumière du plus proche. Cela signifie que nous voyons le lobe le plus éloigné à un stade plus précoce de son évolution."
Si la galaxie était alignée de manière à ce que les jets et les lobes soient perpendiculaires à notre ligne de mire, toute la lumière atteindrait la Terre en même temps. Nous verrions les deux côtés au même stade de développement, qu'ils sont en réalité.
Cette animation montre l'apparence changeante de la galaxie active TXS 0128 à six longueurs d'onde radio mesurées par le Very Long Baseline Array :2,3, 5, 6.6, 8.4, 15.4, et 22,2 gigahertz (GHz). Voir le GIF animé :https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/radio_sequence_800px.gif Crédit :NRAO/NASA's Goddard Space Flight Center
La forme apparente de la galaxie dépend de la fréquence radio utilisée. À 2,3 gigahertz (GHz), environ 21 fois supérieure à la fréquence de diffusion maximale de la radio FM, il ressemble à une goutte amorphe. La forme du chasseur TIE émerge à 6,6 GHz. Puis, à 15,4 GHz, un écart évident dans l'émission radio apparaît entre le noyau de la galaxie et ses lobes.
L'équipe de Lister soupçonne qu'une accalmie dans l'activité de TXS 0128 a créé cet écart. Les jets de la galaxie semblent avoir commencé il y a environ 90 ans, comme observé depuis la Terre, puis s'est arrêté environ 50 ans plus tard, laissant derrière eux les lobes non connectés. Puis, il y a une dizaine d'années, les jets se sont de nouveau allumés, produisant l'émission vue plus près du noyau. La cause de l'apparition soudaine de ces périodes actives reste incertaine.
L'émission radio met également en lumière l'emplacement du signal de rayons gamma de la galaxie. De nombreux théoriciens ont prédit que les jeunes, les galaxies actives radio-lumineuses produisent des rayons gamma lorsque leurs jets entrent en collision avec du gaz intergalactique. Mais dans le cas du TXS 0128, au moins, les particules dans les lobes ne produisent pas assez d'énergie combinée pour générer les rayons gamma détectés. Au lieu, L'équipe de Lister pense que les jets de la galaxie produisent des rayons gamma plus près du noyau, comme la majorité des galaxies actives que Fermi voit.
L'équipe a observé la galaxie aux rayons X à l'aide de Chandra, à la recherche de preuves d'un cocon enveloppant de gaz ionisé. Alors que leurs mesures n'ont pas pu confirmer la présence ou l'absence d'un cocon, il y a eu des preuves de telles structures dans d'autres galaxies actives, comme Cygnus A. Les observations indiquent que la galaxie a une grande quantité de poussière et de gaz autour de son noyau, ce qui est cohérent avec un angle de vision fortement incliné.
"Cette galaxie nous rappelle l'importance des observations multi-longueurs d'onde, regarder des objets dans une large gamme du spectre électromagnétique, " a déclaré Elizabeth Hays, le scientifique du projet Fermi au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Fermi, le VLBA, et Chandra ajoutent chacun une couche à notre image grandissante de cet objet, révélant leurs propres surprises."
Le télescope spatial Fermi à rayons gamma est un partenariat d'astrophysique et de physique des particules géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Fermi a été développé en collaboration avec le département américain de l'Énergie, avec des contributions importantes d'institutions académiques et de partenaires en France, Allemagne, Italie, Japon, Suède, et les États-Unis.
Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle la science et les opérations aériennes depuis Cambridge et Burlington, Massachusetts.
