Międzynarodowy zespół współkierowany przez dr. Pratika Dabhade z Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) odkrył niezwykłą radiogalaktykę o kształcie łuku i strzały, z gigantyczną strukturą łukową rozciągającą się na niemal 1,8 miliona lat świetlnych.

Źródło, nazwane RAD-BAARG, zostało opisane w artykule opublikowanym w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. Jego silnie asymetryczna struktura może stanowić jeden z najwyraźniejszych dotychczas radiowych śladów gigantycznej fali uderzeniowej związanej z galaktyką poruszającą się z prędkością naddźwiękową w środowisku gromady galaktyk.

Odkrycia dokonano dzięki czułym obserwacjom radiowym na niskich częstotliwościach wykonanym za pomocą Low-Frequency Array (LOFAR), światowej klasy paneuropejskiego radioteleskopu. W badaniach uczestniczyli naukowcy z NCBJ oraz RAD@home Astronomy Collaboratory, indyjskiej inicjatywy nauki obywatelskiej.

– BAARG jest fascynująca nie tylko ze względu na swój niezwykły kształt łuku i strzały, lecz także dlatego, że znajduje się w złożonym środowisku wielu halo, w którym przepływy gazu, opadanie materii oraz możliwe fale uderzeniowe mogą przekształcać plazmę radiową – wyjaśnia współautor kierujący badaniami, dr Pratik Dabhade z Narodowego Centrum Badań Jądrowych. – LOFAR pozwala nam obserwować tę słabą emisję o niskiej jasności powierzchniowej z niezwykłą szczegółowością. Dzięki LoTSS DR3 oraz przyszłemu obserwatorium Square Kilometre Array Observatory (SKAO) możemy odkryć znacznie więcej układów, w których radiogalaktyki ujawniają niewidoczne w inny sposób oddziaływania pomiędzy dżetami, galaktykami i ich otoczeniem - dodaje.

Galaktyka kształtowana przez swoje otoczenie

Radiogalaktyki są zasilane przez supermasywne czarne dziury znajdujące się w centrach galaktyk. Wyrzucają one w przeciwnych kierunkach dżety relatywistycznej, namagnesowanej plazmy, które mogą rozciągać się daleko w przestrzeń międzygalaktyczną.

W przypadku RAD-BAARG zachodni dżet zasila obszar emisji o kształcie sektora, połączony z gigantycznym łukiem rozciągającym się na około 560 kiloparseków, czyli 1,8 miliona lat świetlnych. Po przeciwnej stronie dżet tworzy zniekształconą strukturę w kształcie litery S, a następnie słaby, przesunięty ogon sięgający niemal 600 kiloparseków.

– Struktura tego źródła nie przypomina żadnej radiogalaktyki, jaką widziałem w ciągu ostatnich 25 lat. Jej niezwykła morfologia wydaje się wskazywać na oddziaływanie pomiędzy relatywistyczną plazmą radiową a wielkoskalową falą uderzeniową powstałą podczas opadania galaktyki w kierunku pobliskiej gromady galaktyk – powiedział główny autor pracy, dr Ananda Hota, założyciel, dyrektor i główny badacz RAD@home Astronomy Collaboratory.

Proponowany scenariusz przypomina falę uderzeniową powstającą przed samolotem poruszającym się z prędkością naddźwiękową. Galaktyka przemieszczająca się przez gorący gaz wewnątrz gromady szybciej niż lokalna prędkość dźwięku może sprężać otaczającą materię i wytwarzać wielkoskalową dziobową falę uderzeniową.

Istnienie takich fal od dawna przewidują modele teoretyczne i symulacje komputerowe. Ich bezpośrednie wykrycie jest jednak niezwykle trudne, ponieważ otaczający gaz jest bardzo rozrzedzony. Naukowcy przypuszczają, że plazma dostarczana przez dżet radiowy może podświetlać tę w innym przypadku niemal niewidoczną strukturę.

Do jednoznacznego sprawdzenia tego scenariusza potrzebne będą dalsze obserwacje radiowe i rentgenowskie.

Złożone środowisko wielu halo

RAD-BAARG znajduje się w złożonym środowisku obejmującym potwierdzoną grupę galaktyk oraz kilka pobliskich układów o skali gromad galaktyk.

Przepływy gazu oraz możliwe opadanie galaktyki macierzystej w kierunku pobliskiej gromady mogą zmieniać kształt jej plazmy radiowej. Dzięki temu źródło stanowi cenny znacznik oddziaływań pomiędzy galaktykami, dżetami i gorącym gazem gromadowym.

Odkrycie w odpowiednim momencie dla LoTSS DR3

Źródło zostało zidentyfikowane w danych drugiego wydania przeglądu LOFAR Two-metre Sky Survey, LoTSS DR2, który jest szczególnie czuły na słabą i rozległą emisję radiową.

Odkrycie jest szczególnie aktualne, ponieważ udostępnione wcześniej w tym roku dane LoTSS DR3 obejmują znacznie większy obszar północnego nieba i pozwalają poszukiwać podobnych układów. LoTSS DR3 obejmuje ponad 80 procent północnego nieba i jest najgłębszym niskoczęstotliwościowym przeglądem radiowym wykonanym dotychczas na tak ogromnym obszarze.

RAD-BAARG pokazuje naukowcom i uczestnikom projektów nauki obywatelskiej, jakiego rodzaju rzadkich i nieoczekiwanych zjawisk można szukać w tym rozległym zbiorze danych. Podobne źródła mogą już znajdować się wśród milionów wykrytych obiektów radiowych.

Odkrycia tak rzadkich układów mogą również dostarczyć cennych danych treningowych dla metod sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego, których zadaniem będzie automatyczne przeszukiwanie LoTSS DR3 oraz przyszłych przeglądów radiowych.
Trwająca modernizacja LOFAR2.0 jeszcze bardziej zwiększy możliwości obserwacyjne LOFAR-u, natomiast przyszłe obserwatorium SKAO pozwoli wykrywać jeszcze słabsze i bardziej złożone oddziaływania pomiędzy radiogalaktykami a ich otoczeniem.

Kolejne niezwykłe odkrycie z wykorzystaniem LOFAR-u

Odkrycie RAD-BAARG następuje po zidentyfikowaniu przez ten sam zespół w 2025 roku najodleglejszego i najpotężniejszego znanego wówczas nietypowego kręgu radiowego, czyli Odd Radio Circle. Obiekt ten został również odkryty przez badaczy związanych z NCBJ i RAD@home na podstawie obserwacji LOFAR.
Więcej informacji o wcześniejszym odkryciu NCBJ: https://www.ncbj.gov.pl/aktualnosci/astrofizyk-ncbj-jednym-z-odkrywcow-najwiekszego-nietypowego-kregu-radiowego

Link do publikacji: https://doi.org/10.1093/mnras/stag1033

Informacja prasowa w czasopiśmie Royal Astronomical Society: https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/bow-and-arrow-shaped-radio-galaxy-discovered-citizen-scientist

Strona RAD@home Astronomy Collaboratory: https://radathomeindia.org/

Przeglądy LOFAR: https://lofar-surveys.org/

Kontakt naukowy: 

Dr Pratik Dabhade
Zakład Astrofizyki, Narodowe Centrum Badań Jądrowych
Email: pratik.dabhade@ncbj.gov.pl

Dr Ananda Hota 
UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences; CETACS, University of Mumbai; RAD@home Astronomy Collaboratory, India
Email: hotaananda@gmail.com