Radiogalaksije

Radiogalaksije su posebna vrsta galaksija s dugim uskim mlazovima okruglastih završetaka, a najbolje su vidljive u fotografijama u radiovalnom području.

Primjeri takvih galaksija prikazani su na gornjim slikama. Svaka od devet crnobijelih sličica “izrezana” je iz velike slike koja je snimljena radioteleskopom ”Vrlo veliki antenski niz” (engl. Karl G. Jansky Very Large Array, prikazan na slici u nastavku). Svaka sličica prikazuje sliku zračenja galaksija na prijamnoj valnoj duljini od otprilike 10 centimetara (što odgovara frekvenciji opažanja od 3 gigaherca) koja pripada u radiovalno područje.

”Slika zračenja na valnoj duljini od 10 centimetara” možda zvuči složeno, ali zapravo to nije. Suština je ista kao kad fotografiramo digitalnim fotoapratom kroz neki filtar, primjerice crveni. Crveni filtar propustit će samo crvenu svjetlost, koja je (elektromagnetski) val valne duljine otprilike 680 nanometara (dakle, valne duljine gotovo 150 tisuća puta manje od valne duljine gore navedenih radiovalova). U ovom je primjeru radioteleskop “Vrlo veliki antenski niz” kao veliki fotoaparat koji umjesto crvene svjetlosti koju svi poznajemo jer je vidljiva ljudskom oku, propušta svjetlost valne duljine od 10 centimetara, koja pak nije vidljiva ljudskom oku, ali radioteleskopu jest. Kao što sliku slikanu digitalnim fotoaparatom možemo poslije obraditi u nekom računalnom programu tako da je prikažemo ili u crvenim ili, ako to želimo, crno-bijelim tonovima, tako astronomi često prikazuju svoje slike u crno-bijelom prikazu, kao u ovom primjeru. Radioteleskopi nam tako omogućuju da vizualiziramo u slici ono što golim okom ne možemo vidjeli.

Kao što se vidi na gornjim crnobijelim sličicama, radiogalaksije su svakakvih oblika. Neke izgledaju kao neuredni štapići za uši, neke kao savijeni i nepravilni štapići za uši, a neke kao leptir mašne ili brkovi; slobodno dajte mašti na volju.

Mlazovi mogu biti jako dugački, toliko dugački da kad bi naša galaksija Mliječni put bila radiogalaksija (što ona u stvarnosti nije), jedan bi njezin mlaz mogao doprijeti do galaksije Andromede, koja je od nas udaljena otprilike dva i pol milijuna svjetlosnih godina. Kad bi se ta vrijednost pretvorila u kilometre, to bi iznosilo 24 milijardi milijardi kilometara (broj 24 s 18 nula).

Kad se slikama radiogalaksija dodaju slike fotografirane u optičkom području, odnosno valnom području svjetlosti koje vidimo golim okom, vidi se da mlazovi izlaze iz središta tih vidljivih galaksija te da su puno veći od njih. Te ”vidljive” galaksije nazivaju se galaksijama domaćinima jer su ”domaćini”, odnosno ”ugošćuju” radiomlazove (astronomi su vrlo domišljati u smišljanju imena svemirskim pojavama). U donjem videu prikazan je primjer galaksije Herkul A u kojem je bijelom bojom prikazano zračenje u optičkom valnom području, a ljubičastom ono u radiovalnom području.

Na slici u boji u nastavku prikazano je dvanaest radiogalaksija izrezanih iz slike slikane na prijamnoj valnoj duljini od 10 centimetara teleskopom “Vrlo veliki antenski niz” uz slike neba fotografirane u vidljivom valnom području. Radiovalno zračenje sada je prikazano narančastim nijansama, a vidljivo crno-bijelim. I u ovim sličicama vidi se da su radiogalaksije puno veće od svojih domaćina te da mogu biti raznih oblika, od ravnih preko savijenih do nepravilnih.

Radio galaksije COSMOS polja

Kako nastaju radiogalaksije i zašto izgledaju kako izgledaju?

Fotografije galaksija fotografirane u optičkom valnom području svjetlosti prikazuju svjetlost koja dolazi ponajprije od zvijezda koje se nalaze u tim galaksijama. Vanjski rub tih galaksija koji vidimo u slikama ”kraj” je galaksije, odnosno područje u kojem gustoća zvijezda postaje neznatna. Fotografije fotografirane u radiovalnom području svjetlosti prikazuju nam nešto sasvim drukčije: zračenje električki nabijenih čestica (vjerojatno elektrona i pozitrona) koje putuju kroz magnetsko polje brzinom bliskom brzini svjetlosti, koja (u praznom prostoru) iznosi otprilike 300 tisuća kilometara u sekundi. Dakle, te se nabijene čestice kreću zaista brzo! Takva vrsta zračenja u fizici se naziva sinkrotronskim zračenjem, prikazanim u donjem videu (vrlo usporeno). Brze, nabijene čestice mijenjat će putanju u prisutnosti magnetskog polja (odnosno gibat će se po tzv. helikalnoj putanji uzduž magnetskih silnica) te će zbog toga (sinkrotronski) zračiti. To znači da će odašiljati valove svjetlosti svih valnih duljina, koji su zbog raznih tehničkih i fizikalnih razloga najlakše opazivi teleskopima koji fotografiraju u radiovalnom području.

Mlazovi uvijek izlaze iz središta galaksije domaćina. U samom središtu galaksije nalazi se supermasivna crna rupa koja se okreće oko svoje osi. Oko supermasivne crne rupe, ali izvan njezina obzora događaja (iz kojeg ništa više ne može ”pobjeći” od crne rupe) postoji tzv. akrecijski disk koji se također okreće i sastoji od tvari koja pada na supermasivnu crnu rupu. Kroz akrecijski disk prožete su silnice magnetskog polja te vrteća supermasivna crna rupa dobiva ulogu baterije koja stvara struju, odnosno tok električki nabijenih čestica koje se kreću helikalno uzduž magnetskih silnica. Upravo one čine mlazove koje najbolje vidimo u radiovalnom pojasu zbog toga što sinkrotronski zrače. Ovaj proces, nazvan mehanizmom Blandford-Znajek prema znanstvenicima koji su ga prvi predložili, danas je prihvaćen kao mogući mehanizam koji stvara mlazove. Pogledajte video u nastavku koji pokazuje akrecijski disk, mlazove, te silnice magnetskog polja.

Mehanizam Blandford-Znajek vrlo je sličan onome kojim prednje svjetlo na biciklu svijetli dok se prednji kotač okreće. Riječ je o dinamu za bicikl, pobliže dočaranom u videu u nastavku. Okretanjem prednjeg kotača bicikla okreće se magnet oko kojeg je postavljena zavojnica napravljena od vodljive žice, koja je povezana s prednjim svjetlom. Okretanjem magneta u zavojnici se stvara napon koji pokreće tok elektičnog naboja u vodljivoj žici, a to je upravo struja, te se tako napaja svjetlo. Dinamo radi na principu tzv. elektromagnetske indukcije.

U slučaju mlazova supermasivna crna rupa može se usporediti sa zavojnicom u dinamu koja se u ovom slučaju okreće u magnetskom polju (naime, svejedno je okreće li se magnetsko polje oko zavojnice ili zavojnica oko magneta). U supermasivnoj crnoj rupi time se stvara napon (odnosno razlika električnog potencijala između njezinih polova i ekvatora) i tako dolazi do struje nabijenih čestica u smjerovima sjeverno i južno od polova, a to su upravo mlazovi koje vidimo u radiofotografijama. S obzirom na jačinu magnetskog polja, masu supermasivne crne rupe i njezinu okretnu brzinu, nabijene čestice mogu se ubrzati do brzina bliskih brzini svjetlosti te omogućiti mlazovima da proputuju kroz cijelu domaćinsku galaksiju i još mnogo dalje.

Okruglasti završeci mlazova nastaju zbog međudjelovanja mlazova i okolne tvari kroz koju prolaze. Okolni medij usporava mlazove, kao što npr. voda usporava plivačicu, te se tvar iz okoline povlači za mlazom popunjujući širi prostor oko mlazova, jednako kao što nastaje trag za čamcem koji se vozi po moru. A nepravilni oblici poput savijenih mlazova nastaju kad se sama galaksija domaćin kreće nezanemarivom brzinom kroz okolni medij. Ovo je slično zaronu u more na glavu s raširenim i opuštenim rukama. Čim zaronimo, more će nam ruke potisnuti unazad, baš kao što i okolni medij mlazove radiogalaksije potiskuje unazad.

U sažetku

I ukratko za kraj, radiogalaksije one su galaksije koje se otkrivaju radioteleskopima. Opisuju ih dugi, uski mlazovi okruglastih završetaka. Mlazovi mogu biti ravni ili savijeni, a čine ih iznimno brze nabijene čestice koje se gibaju kroz magnetsko polje i koje energiju vjerojatno crpe iz rotacije supermasivne crne rupe u središtu galaksije. Okolni medij kroz koji se mlazovi kreću usporava ih te doprinosi stvaranju okruglastih tvorevina na njihovim krajevima i stvaranju raznih nepravilnih oblika radiogalaksija.