Látszólag a fénynél tízszer gyorsabban

Magyar szakemberek a kvazárkutatásoknál.

J1026+2542. A koordinátái után kapott hagyományos neve alapján akár unalmasnak is tűnhetne ez a kvazár. Színképvonalainak óriási vöröseltolódása (5,266), valamint erős rádiósugárzása azonban kiemeli a többiek közül. Ráadásul ha nagyon hosszú bázisvonalú rádió-interferométeres (VLBI) technikával figyelik meg, akkor a távoli galaxis központjában található szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéből kiinduló plazmakifúvás (jet) látványos, összetett képet mutat – olvasható Csillagászat.hu portálon.

A J1026+2542 jelű kvazárról először 2006-ban készült ilyen VLBI rádiókép, az amerikai VLBA antennahálózattal. Tavaly – változásokat keresve – ezt a mérést ismételte meg egy három magyar csillagászt felvonultató kutatócsoport, ezúttal az Európai VLBI Hálózat (EVN) rádióteleszkópjait használva. Ezek között az európaiakon kívül Oroszország ázsiai területén, Kínában és Dél-Afrikában fekvő rádiótávcsövek is szerepeltek.

E kvazár vizsgálatával igencsak messze tekinthetünk vissza a múltba, hiszen a most felfogott fénye és rádiósugárzása akkor indult felénk, amikor a ma majdnem 14 milliárd éves univerzum még alig múlt 1 milliárd.

Miért érdekes az ilyen távoli kvazárok megfigyelése? Egyrészt fizikai tulajdonságaik meghatározásával lehetővé válik összehasonlításuk jóval későbbi korok kvazárjaival, amiből információt kaphatunk az aktív galaxismagok fejlődéséről és keletkezéséről a világegyetem története során. Másrészt ezek a hatalmas teljesítménnyel sugárzó, ezért nagy távolságból is feltűnő objektumok egyfajta „próbatestek” is, amelyek megfigyelhető tulajdonságain ott a lenyomata az univerzum szerkezetére és tágulására vonatkozó kozmológiai modellnek.

A rádiósugárzó kvazárokból kiáramló jet közel fénysebességgel mozgó, elektromosan töltött részecskékből áll. Ezek a mágneses tér erővonalai mentén kifelé spirálozva szinkrotronsugárzást bocsátanak ki, amit a földi rádiótávcsövekkel is észlelni tudunk. A VLBI technika biztosítja a csillagászatban elérhető legfinomabb szögfelbontást, amire szükség is van a jet komponenseinek (plazmacsomóinak) azonosításához. A VLBI mérések alapján egyrészt megállapítható a jet legbelső tartományának mérete és fényessége. Másrészt több időpontban történő megfigyelések alapján meghatározható a komponensek látszó elmozdulása. Ezekből következtetni lehet arra, hogy a jetben milyen sebességre gyorsult fel az anyag, és a kiáramlás iránya mekkora szöget zár be a látóirányunkkal. A J1026+2542 esetében ez utóbbira kevesebb mint 5 fok adódott, ami azt jelenti, hogy a jet majdnem pontosan felénk mutat. Valójában emiatt is látjuk ilyen feltűnőnek, hiszen a Doppler-nyalábolás jelensége folytán számottevően felerősödik a fényessége. (Ennek épp az ellenkezője igaz a VLBI térképen kivehető jet átellenes irányú párjára, ami az érzékelhetőség határa alá halványodik.)

A J1026+2542 jelű kvazár röntgentartományban is megfigyelhető. A röntgenmérések alapján egy másik kutatócsoport – a rádiós VLBI-től független módszerrel – ugyancsak megbecsülte a jet látóirányát és a plazma sebességére jellemző Lorentz-faktort, hasonló eredményekre jutva.

A relativisztikus nyalábolásnak egy első hallásra furcsa következménye, hogy a jet komponensei látszólag a fényénél is nagyobb sebességgel mozdulnak el az égen. A „szuper-fénysebességű” mozgás egy az 1970-es évek óta ismert jelenség. Nincs ellentmondásban a speciális relativitáselmélettel, ami szerint semmi sem mozoghat a fénynél nagyobb sebességgel. A jelenséget épp az okozza, hogy a jet komponensei a fényét majdnem elérő sebességgel mozognak, közel a megfigyelő irányába.

A 7,33 év időkülönbséggel készült 5 GHz-es VLBI térképek segítségével a J1026+2542 esetében most először sikerült megmérni egy 5-nél nagyobb vöröseltolódású kvazárban a jet látszó sebességét. Három jól azonosítható komponens esetén is a fénysebesség tízszeresét meghaladó érték adódott. Az ilyen mérés nem csak azért nehéz, mert ekkora vöröseltolódásnál már nagyon kevés, megfelelően fényes és kiterjedt jettel rendelkező kvazárt ismerünk. A munkát a világegyetem tágulása sem segíti: az idődilatáció miatt a Földön és a kvazárral együtt mozgó rendszerben eltérően járnak az órák. Így „nálunk” elég sokat kell várakozni az ottani elmozdulások megbízható detektálása érdekében. Amilyen változást mi a VLBI hálózatainkkal a Földön 7,33 év alatt mérünk, az a J1026+2542 vonatkoztatási rendszerében alig 1,2 évnyi idő alatt zajlott le.

A most vizsgált nagy vöröseltolódású kvazár belső rádiószerkezetének komponenseire adódó sajátmozgások összevethetők a hozzánk közelebbi kvazárok esetén mért, a szakirodalomban publikált értékekkel. Megállapítható, hogy a látszó sajátmozgás a J1026+2542 esetén viszonylag kicsi. Ez pedig összhangban van azzal, amit a kozmológiai modelltől, az idődilatáció hatásától várunk.