Apakah J1420–0545 galaksi terbesar yang pernah ditemukan?

Galaksi sederhana menyembunyikan rahasia 15 juta tahun cahaya.

Jika kita bisa mendapatkan gambar optik J1420-0455 berkualitas tinggi, mereka mungkin terlihat seperti foto sepupu terdekatnya, galaksi radio raksasa 3C 236. Gambar Hubble ini hanya menunjukkan inti galaksi; teleskop radio mengungkapkan struktur yang jauh lebih besar. Kredit gambar: NASA / ESA.

Bima Sakti berdiameter sekitar 50 hingga 60 kiloparsec - galaksi spiral berukuran sedang. Ini adalah beberapa urutan dengan magnitudo lebih besar dari galaksi terkecil, kerdil ultra-kompak seperti M60-UCD1 yang membuat sebagian besar bintang mereka berkerumun di bidang kurang dari 50 hingga 100 parsec. Pada ujung yang sangat berlawanan dari spektrum tersebut terdapat elips supergiant, yang lebih formal dikenal sebagai galaksi cD, yang lingkaran cahaya difusnya dapat mencapai 1-2 megaparsec. Untuk menempatkan ini dalam perspektif, galaksi Andromeda berjarak 0,78 Mpc. Ini berarti bahwa halo bintang 2-megaparsec-panjang IC 1101 - kadang-kadang dipuji sebagai galaksi terbesar yang diketahui di alam semesta yang diamati - dapat membentang dari Bima Sakti ke Andromeda dan kemudian beberapa.

IC 1101, mungkin galaksi terbesar yang diketahui di alam semesta. Lingkaran difusnya mungkin tidak terlihat banyak, tetapi memanjang sekitar satu megaparsec di setiap arah. Kredit gambar: NASA / ESA / Teleskop Luar Angkasa Hubble

Namun IC 1101 artinya jika dibandingkan dengan kelas objek lain: galaksi radio. Galaksi radio adalah sumber emisi synchrotron yang kuat, radiasi dari partikel yang dipercepat sepanjang jalur lengkung oleh medan magnet. Inti galaksi aktif adalah biang keladinya, lubang hitam supermasif yang bertambah materi dan mengirimkan pancaran elektron energetik. Dalam kebanyakan kasus, jet ini panjangnya ratusan kiloparsec, dan beberapa bahkan lebih lama.

Posting blog minggu ini berbicara tentang J1420–0545, yang saat ini merupakan galaksi radio terbesar yang diketahui. Untuk lebih spesifik, ia memiliki "kepompong" radio terbesar yang pernah diamati. Kepompong ini adalah struktur yang dibentuk oleh plasma syok dari jet, yang mengembang ke luar ke media intergalaksi (IGM) dan membungkus jet dan lobus yang mereka bentuk. Seluruh struktur radio di sekitar J1420–0455 sangat besar, membentang 4,69 Mpc - 15 juta tahun cahaya - dari ujung ke ujung. Baca terus untuk mengetahui betapa luar biasanya galaksi ini dan bagaimana kita tahu banyak tentang kepompongnya yang sangat besar, meskipun mengetahui sangat sedikit tentang galaksi inang itu sendiri.

Pengamatan awal dan sedikit kejutan

J1420-0545 ditemukan, seperti banyak galaksi yang tidak biasa, dalam survei yang memindai langit. Secara khusus, itu muncul sebagai dua lobus radio besar berjarak 17,4 'terpisah pada survei FIRST dan NVSS mengamati pada 1,4 GHz menggunakan Very Large Array (VLA). Pengamatan tindak lanjut yang dilakukan di Effelsberg dan Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) (Machalski et al. 2008) kemudian mengkonfirmasi bahwa ada inti radio-keras yang terletak di tengah-tengah mereka, dan itu berhubungan dengan galaksi redup yang sebelumnya dikenal.

Gambar 1, Machalski et al. 2008. Pengamatan VLA / Effelsberg dari J1020-0545 menunjukkan bahwa sumber utama emisi 1,4 GHz adalah dua lobus radio-keras besar dan sumber sentral yang lebih lemah. Galaksi itu sendiri berada di garis bidik dalam gambar, sebuah titik di antara bintik-bintik.

Nilai pergeseran merah untuk galaksi itu tersedia (z ~ 0,42-0,46), tetapi memiliki ketidakpastian besar, sehingga tim melakukan fotometri optik mereka sendiri di Mount Suhora Observatory. Spektrum yang diturunkan dari ini terbukti bermanfaat dalam dua cara. Pertama, spektroskopi memungkinkan tim untuk mencari tahu seperti apa galaksi yang mereka lihat. Tidak seperti lobus radio, emisi optik dari pusat tidak dapat diatasi, dan tidak mungkin untuk membayangkan galaksi dengan cara yang sama seperti kita dapat mengambil gambar, katakanlah, tetangga kita Andromeda. Untungnya, ada solusinya: Diskontinuitas 4000 Å.

Galaksi elips biasanya tua, terbentuk dari waktu ke waktu dari merger dan tabrakan galaksi yang lebih kecil dari berbagai jenis. Tingkat pembentukan bintang rendah, artinya ada sedikit bintang muda, panas, biru dibandingkan dengan spiral pembentuk bintang dan galaksi lenticular. Sekarang, pada panjang gelombang sedikit lebih pendek dari 4000 Å, ada penurunan emisi karena penyerapan oleh logam di atmosfer bintang. Di sebagian besar galaksi, bintang panas mengisi celah ini, saat ada. Namun, dalam galaksi elips, ada beberapa bintang panas, dan ada "diskontinuitas" dalam spektrum sekitar 4000 Å.

Gambar. 3, Kennicutt 1992. Penurunan curam dalam spektrum NGC 4889, galaksi elips supergiant, adalah karakteristik dari diskontinuitas 4000 Å. Sebagai galaksi E4, bentuknya agak ellipsoidal.

Tim menemukan fitur spektral lain yang menguatkan hipotesis bahwa J1420–0545 adalah galaksi elips. Sekarang mereka tahu jenis spektrum yang mereka harapkan untuk dilihat, mereka dapat menyesuaikan model untuk itu. Pengukuran [O II] dan garis penyerapan Ca II menghasilkan pergeseran merah baru z ~ 0,03067, menempatkan objek lebih dekat dari yang diperkirakan sebelumnya. Karena pergeseran merah (dan karena itu jaraknya) diketahui, serta ukuran sudut kepompong radio, ukurannya dapat diperkirakan - dengan asumsi bahwa sudut kemiringannya adalah 90 °, seperti yang disarankan oleh emisi lemah dari inti. Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa panjang jet harus 4,69 Mpc.

Bagaimana itu bisa begitu besar?

Struktur radio sebesar ini belum pernah terjadi sebelumnya. Galaksi radio raksasa 3C 236 telah ditemukan, dan ditemukan memiliki kepompong radio 4,4 Mpc. Namun, apa yang mengejutkan tentang J1420–0545 bukan hanya ukurannya, tetapi juga umurnya. Model jet dan ambien yang paling cocok menemukan struktur tersebut memiliki usia sekitar 47 juta tahun; 3C 236, di sisi lain, diperkirakan telah aktif selama 110 juta tahun - lebih dari dua kali lipatnya. Jadi mengapa J1420-0545, galaksi radio yang relatif muda, begitu besar?

Gambar. 1, Carilli & Barthel 1995. Sebuah jet sempit galaksi radio dikelilingi oleh kejutan busur pada batas dengan media intergalaksi, serta kepompong radio.

Jawabannya ternyata adalah media intergalaksi itu sendiri, plasma panas yang mengisi ruang antar galaksi. IGM di pusat galaksi lebih rendah daripada di pusat 3C 236 sekitar faktor 20, yang berarti bahwa tekanan gas yang menentang ekspansi jet juga lebih rendah. Kekuatan AGN di J1420–0545 juga 50% lebih besar dari AGN dalam 3C 236; ini, dikombinasikan dengan kepadatan IGM ambien yang jauh lebih rendah, berarti bahwa jet mengalami resistensi jauh lebih sedikit ketika mereka membajak ke ruang intergalaksi, dan karena itu dapat berkembang lebih cepat dan lebih jauh dalam waktu yang lebih singkat.

Hal ini tentu saja menimbulkan pertanyaan: Mengapa IGM lokal begitu langka dalam skala yang begitu besar? Awalnya, kelompok itu berpikir bahwa itu hanyalah sebuah wilayah ruang yang secara alami padat, mirip dengan kekosongan - lusinan megaparsec yang kekurangan kepadatan yang terbentuk tak lama setelah Big Bang. Namun, setelah pengukuran VLA dan GMRT tambahan (Machalski et al. 2011), mereka mempertimbangkan kemungkinan alternatif: bahwa jet adalah hasil dari lebih dari satu putaran aktivitas AGN.

Ganda, ganda, gelembung radio

Tim menyarankan mengklasifikasikan J1420–0545 sebagai galaksi radio ganda-ganda (DDRG). DDRGs memperlihatkan dua pasang lobus yang disejajarkan dalam beberapa derajat, menunjukkan bahwa AGN pusat mengalami periode aktivitas, dimatikan, dan kemudian dimulai kembali. Sepotong informasi utama dari data VLA dan GMRT lama yang menunjukkan bahwa J1420–0455 mungkin merupakan DDRG ekstrem adalah bentuk jetnya. Jet sempit adalah karakteristik galaksi radio ganda-ganda yang menjalani periode aktivitas keduanya.

Jika hipotesis DDRG benar, harus ada kepompong radio luar kedua yang mengelilinginya. Setelah periode pertama aktivitas AGN, begitu jet berhenti, kepompong seharusnya dengan cepat mendingin melalui kehilangan energi oleh radiasi synchrotron dan hamburan Compton-terbalik; dengan pilihan parameter yang sesuai, akan sangat mungkin untuk berada di bawah sensitivitas VLA dan GMRT. Namun, tim berharap pengukuran sensitivitas yang lebih tinggi di masa depan mungkin dapat menemukannya.

Dalam twist yang menarik, disarankan sekitar waktu yang sama bahwa 3C 236 juga merupakan DDRG - meskipun pada tahap awal dari aktivitas AGN periode kedua (Tremblay et al. 2010). Sebuah kelompok mengamati empat "simpul" cerah di dekat intinya yang terlihat di ultraviolet jauh. Mereka tampaknya terkait dengan disk debu AGN, dan berusia sekitar sepuluh juta tahun.

Gambar. 4, Tremblay et al. Simpul pembentuk bintang pada inti 3C 236. Inti itu sendiri, menyembunyikan lubang hitam supermasif, dikelilingi oleh jalur debu

Dua lobus radio 3C 236 yang besar tampak seperti peninggalan, dan memiliki struktur kompak yang lebih kecil (~ 2 kpc) yang tampaknya jauh lebih baru. Ini adalah sedikit bukti kunci yang menunjukkan bahwa itu mungkin juga merupakan DDRG: Struktur radio kompak tampaknya memiliki usia yang sama dengan simpul, yang berarti bahwa peristiwa apa pun yang menyebabkan satu kemungkinan menyebabkan satu sama lain. Misalnya, jika reservoir gas baru tersedia, itu bisa memicu aktivitas AGN dan putaran bintang baru. Jika ini benar, dan sumber yang kompak menghasilkan jet, ada kemungkinan bahwa 3C 236 dapat mencapai ukuran J1420–0545 - atau lebih besar.

Saya akan mengakhiri posting ini dengan membahas pertanyaan yang saya ajukan dalam judul: Apakah J1420–545 layak disebut sebagai galaksi terbesar yang diketahui? Kita tidak tahu seberapa besar halo bintangnya, tapi pasti jauh lebih kecil dari kepompong radio raksasa yang mengelilinginya. Pada saat yang sama, kepompong mewakili batas yang sangat berbeda antara galaksi dan medium intergalaksi, dan plasma yang terkejut di dalamnya harus berperilaku sangat berbeda dari plasma di IGM. Ironisnya, tidak seperti galaksi elips normal yang memiliki lingkaran cahaya difus, kita dapat menempatkan jari di mana raksasa ini berakhir dan di mana ruang intergalaksi dimulai.

Suatu hari, mungkin, kita akan menemukan galaksi radio raksasa bahkan lebih besar dari J1420–045, dan pertanyaannya akan diperdebatkan. Untuk saat ini, saya membiarkan pertanyaan terbuka - dan saya akan menunggu lebih banyak data VLA. Bukti-bukti nyata tentang kepompong luar mungkin ada di sekitar sudut. Yang harus kita lakukan adalah menunggu dan melihat.