Non molto tempo fa, gli astronomi hanno mappato una galassia lontana, lontano usando le onde radio e ho scoperto che ha una forma sorprendentemente familiare. Nel processo, hanno scoperto l'oggetto, chiamato TXS 0128+554, ha vissuto due potenti periodi di attività nel secolo scorso.

Circa cinque anni fa, Il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi della NASA ha riferito che TXS 0128+554 (in breve TXS 0128) è una debole sorgente di raggi gamma, la forma di luce a più alta energia. Da allora, gli scienziati hanno esaminato più da vicino utilizzando il Very Long Baseline Array (VLBA) e l'Osservatorio a raggi X Chandra della NASA.

"Dopo l'annuncio di Fermi, abbiamo ingrandito un milione di volte la galassia usando le antenne radio del VLBA e ne abbiamo tracciato la forma nel tempo, "ha detto Matteo Lister, professore di fisica e astronomia alla Purdue University di West Lafayette, Indiana. "La prima volta che ho visto i risultati, Ho subito pensato che assomigliasse al caccia spaziale TIE di Darth Vader di "Star Wars:A New Hope". È stata una sorpresa divertente, ma la sua comparsa a diverse frequenze radio ci ha anche aiutato a saperne di più su come le galassie attive possono cambiare drasticamente su scale temporali di dieci anni".

Un documento che descrive i risultati, guidato da Lister, è stato pubblicato nel numero del 25 agosto del Giornale Astrofisico ed è ora disponibile online.

TXS 0128 si trova a 500 milioni di anni luce di distanza nella costellazione di Cassiopea, ancorato da un buco nero supermassiccio di circa 1 miliardo di volte la massa del Sole. È classificata come una galassia attiva, il che significa che tutte le sue stelle insieme non possono spiegare la quantità di luce che emette.

L'energia extra di una galassia attiva include la radio in eccesso, Raggi X, e la luce dei raggi gamma. Gli scienziati pensano che questa emissione provenga da regioni vicine al suo buco nero centrale, dove un disco vorticoso di gas e polvere si accumula e si riscalda a causa delle forze gravitazionali e di attrito.

Circa un decimo delle galassie attive produce una coppia di getti, fasci di particelle ad alta energia che viaggiano quasi alla velocità della luce in direzioni opposte. Gli astrofisici pensano che questi getti producano raggi gamma. In alcuni casi, le collisioni con il tenue gas intergalattico alla fine rallentano e arrestano il movimento verso l'esterno delle particelle del getto, e il materiale inizia a rifluire verso il centro della galassia. Ciò si traduce in vaste regioni, o lobi, pieno di particelle in rapido movimento che si muovono a spirale attorno ai campi magnetici. Le interazioni delle particelle creano emissioni radio luminose.

Fermi ha individuato oltre 3, 000 galassie attive utilizzando il suo Large Area Telescope, che scruta l'intero cielo ogni tre ore. Quasi tutti sono allineati in modo che un getto punti quasi direttamente sulla Terra, che amplifica i loro segnali. TXS 0128, però, è di circa 100, 000 volte meno potenti della maggior parte di loro. Infatti, anche se è relativamente vicino, Fermi aveva bisogno di accumulare cinque anni di dati dalla galassia prima di segnalarla come fonte di raggi gamma nel 2015.

I ricercatori hanno quindi aggiunto la galassia a un'indagine di lunga data condotta dalla VLBA, una rete di antenne radio gestita dal National Radio Astronomy Observatory che si estende dalle Hawaii alle Isole Vergini americane.

Le misurazioni dell'array forniscono una mappa dettagliata di TXS 0128 a diverse frequenze radio. La struttura radio che hanno rivelato si estende per 35 anni luce e si inclina di circa 50 gradi fuori dalla nostra linea di vista. Questo angolo significa che i getti non sono puntati direttamente verso di noi e potrebbe spiegare perché la galassia è così debole nei raggi gamma.

"L'universo del mondo reale è tridimensionale, ma quando guardiamo nello spazio, di solito vediamo solo due dimensioni, " ha detto Daniel Homan, coautore e professore di astronomia alla Denison University di Granville, Ohio. "In questo caso, siamo fortunati perché la galassia è angolata in questo modo, dal nostro punto di vista, che la luce del lobo più lontano percorre decine di anni luce in più per raggiungerci rispetto alla luce del lobo più vicino. Ciò significa che stiamo vedendo il lobo più lontano in un punto precedente della sua evoluzione".

Se la galassia fosse allineata in modo che i getti e i lobi fossero perpendicolari alla nostra linea di vista, tutta la luce raggiungerebbe la Terra nello stesso momento. Vedremmo entrambe le parti allo stesso stadio di sviluppo, quali sono in realtà.

La forma apparente della galassia dipende dalla frequenza radio utilizzata. A 2,3 gigahertz (GHz), circa 21 volte maggiore della frequenza di trasmissione massima della radio FM, sembra una macchia amorfa. La forma del caccia TIE emerge a 6,6 GHz. Quindi, a 15,4 GHz, un chiaro divario nell'emissione radio appare tra il nucleo della galassia ei suoi lobi.

Il team di Lister sospetta che una pausa nell'attività di TXS 0128 abbia creato questa lacuna. I getti della galassia sembrano essere iniziati circa 90 anni fa, come osservato dalla Terra, e poi si fermò circa 50 anni dopo, lasciando dietro di sé i lobi scollegati. Quindi, circa un decennio fa, i getti si riaccesero, producendo l'emissione vista più vicino al nucleo. Ciò che ha causato l'inizio improvviso di questi periodi attivi rimane poco chiaro.

L'emissione radio fa anche luce sulla posizione del segnale di raggi gamma della galassia. Molti teorici hanno predetto che i giovani, le galassie attive radio-luminose producono raggi gamma quando i loro getti si scontrano con il gas intergalattico. Ma nel caso di TXS 0128, almeno, le particelle nei lobi non producono abbastanza energia combinata per generare i raggi gamma rilevati. Anziché, Il team di Lister pensa che i getti della galassia producano raggi gamma più vicini al nucleo, come la maggior parte delle galassie attive che vede Fermi.

Il team ha osservato la galassia nei raggi X usando Chandra, alla ricerca di prove di un avvolgente bozzolo di gas ionizzato. Sebbene le loro misurazioni non possano confermare la presenza o l'assenza di un bozzolo, ci sono state prove di tali strutture in altre galassie attive, come Cygnus A. Le osservazioni indicano che la galassia ha una grande quantità di polvere e gas che circondano il suo nucleo, che è coerente con un angolo di visione molto inclinato.

"Questa galassia ci ricorda l'importanza delle osservazioni multilunghezza d'onda, guardando oggetti in un'ampia gamma dello spettro elettromagnetico, " ha detto Elizabeth Hays, lo scienziato del progetto Fermi presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Fermi, la VLBA, e Chandra aggiungono ciascuno uno strato alla nostra immagine in crescita di questo oggetto, rivelando le proprie sorprese."

Il Fermi Gamma-ray Space Telescope è una partnership di astrofisica e fisica delle particelle gestita dal Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. Fermi è stato sviluppato in collaborazione con il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, con importanti contributi di istituzioni accademiche e partner in Francia, Germania, Italia, Giappone, Svezia, e gli Stati Uniti.

Il Marshall Space Flight Center della NASA gestisce il programma Chandra. Il Chandra X-ray Center dello Smithsonian Astrophysical Observatory controlla le operazioni scientifiche e di volo da Cambridge e Burlington, Massachusetts.