מחקר חדש באמצעות טלסקופ הרדיו MeerKAT בדרום אפריקה חושף את גיל הפלזמה בסילונים עצומים ותהליכים דינמיים בגלקסיות רדיו ענקיות
מחקר חדש של צוות חוקרים בינלאומי מדרום אפריקה, בריטניה ספרד וסין, שהתפרסם לאחרונה, מספק תובנות מרתקות על גלקסיות רדיו ענקיות (Giant Radio Galaxies – GRGs) באמצעות ניתוח ספקטרלי מפורט בתצפיות רדיו בתדרים שונים. גלקסיות אלו, הנחשבות למבנים הגדולים ביותר ביקום הנצפה, כוללות סילונים עצומים של פלזמה רדיואקטיבית המשתרעים על פני מאות אלפי ועד מיליוני קילומטרים.
המחקר התמקד בשלוש גלקסיות רדיו ענקיות המצויות בשדה הקוסמוס: MGTC J095959.63+024608.6, MGTC J100016.84+015133.0, ו-MGTC J100022.85+031520.4. האחרונה שבהן זוהתה לראשונה במסגרת מחקר זה. כל אחת מהגלקסיות הללו מציגה תכונות ייחודיות וחשובות להבנת תהליכי היווצרות והתפתחות של גלקסיות ושל הסביבה הבין-גלקטית.
מהן גלקסיות רדיו ענקיות, ולמה הן חשובות?
גלקסיות רדיו ענקיות מוגדרות על פי גודלן העצום, העולה על 700 קילופארסק (kpc), והן כוללות סילונים של פלזמה הנפלטים מגרעין הגלקסיה. סילונים אלו נובעים מפעילות של חור שחור על-מאסיבי בליבה הגלקטית, אשר פולט קרינה רדיואקטיבית חזקה במיוחד. תופעה זו, המכונה "משוב סילונים" (Jet Feedback), עשויה להשפיע על הסביבה הבין-גלקטית ולמנוע היווצרות של כוכבים חדשים על ידי חימום הגז בסביבה.
מחקר של גלקסיות רדיו ענקיות יכול לספק תובנות על תהליכים בקנה מידה קוסמי, כמו אבולוציית גלקסיות, אינטראקציות בין גלקטיות, והשפעת פעילות גרעינית על הסביבה הבין-כוכבית והבין-גלקטית.
החוקרים השתמשו בטלסקופ הרדיו MeerKAT, הממוקם בדרום אפריקה, לשם ביצוע תצפיות בתדרים שונים שנעו בין 544 מגהרץ ל-1.67 גיגהרץ. ניתוח ספקטרלי של התצפיות הללו אפשר למפות את גיל הפלזמה בסילונים של כל אחת מהגלקסיות.
אחת הגלקסיות שנחקרו, MGTC J100022.85+031520.4 (המכונה GRG3), היא גלקסיה חדשה שזוהתה לראשונה במחקר זה. מדובר בגלקסיה רדיו ענקית באורך של כ-4.1 שנות אור, הנמצאת במרכזו של צביר גלקסיות דליל. זיהויה של גלקסיה זו תורם להבנת הקשר שבין מבנים גלקטיים גדולים לסביבתם.
המחקר מתבסס על שתי שיטות לניתוח גיל ספקטרלי: המודל של Jaffe-Perola והמודל של Tribble. מודלים אלו מתארים את ההתיישנות של פלזמה באמצעות מדידת קרינה בתדרים שונים. התוצאות מראות כי לגלקסיות GRG1 ו-GRG2 יש התפלגות גיל אופיינית, כאשר הפלזמה הצעירה ביותר ממוקמת בליבה, ואילו הפלזמה הישנה ביותר נמצאת בזרועות המרוחקות.
הפער בין גיל ספקטרלי לגיל דינמי
במהלך המחקר התגלה פער משמעותי בין גיל ספקטרלי לגיל דינמי. לדוגמה, הגיל הספקטרלי של GRG3 עומד על כ-67 מיליון שנים, בעוד הגיל הדינמי שלה, המחושב על פי גדלה ועוצמת הסילונים, עשוי להגיע עד כ-950 מיליון שנים. פער זה מדגיש את הצורך במודלים פיזיקליים מתקדמים יותר להבנת תהליכים דינמיים בגלקסיות.
מסקנות והשלכות
1. השפעת הסביבה: גלקסיות רדיו ענקיות כמו GRG3, הנמצאות בסביבה דחוסה יותר, מראות התפלגות גיל שונה מאלו המצויות בסביבות מבודדות. הדבר מעיד על כך שצפיפות הסביבה עשויה לשחק תפקיד חשוב בהתהוות מבנים גלקטיים.
2. פערי מודלים: המחקר מדגיש את ההבדלים בין מודלים ספקטרליים ודינמיים, ומציע כי יש תהליכים נוספים שאינם כלולים במודלים הנוכחיים, כגון איבוד אנרגיה אדיאבטי ומעורבות של פלזמה עם רמות אנרגיה שונות.
3. חשיבות הטכנולוגיה: המחקר ממחיש את היתרונות של טלסקופ הרדיו MeerKAT, המאפשר זיהוי של מבנים רדיו חלשים ודיפוזיים שלא נצפו בעבר.
מחקר זה מהווה צעד משמעותי בהבנת המנגנונים הפיזיקליים של גלקסיות רדיו ענקיות והשפעתן על סביבתן. התגליות לא רק תורמות להבנת היקום, אלא גם פותחות את הדלת למחקרים עתידיים תוך שימוש בטכנולוגיות מתקדמות לניתוח רדיו-אסטרונומי.
