2009.02.06. - Óriási csillagkeletkezési aktivitás egy nagyon távoli galaxisban

Szubmilliméteres tartományban végzett mérések szerint egy nagyon távoli kvazár gazdagalaxisában két nagyságrenddel nagyobb területen zajlik olyan intenzitással a csillagkeletkezés, mint a jóval közelebbi galaxisokban.

Fabian Walter (Max Planck Institut für Astronomie, Heidelberg) és munkatársai az IRAM Plateau de Bure interferométert használták az SDSS J114816.64+525150.3 (röviden J1148+5251) katalógusjelű kvazár és gazdagalaxisának vizsgálatára. Az obektumok vöröseltolódása z=6,42. Az ezzel az értékkel jellemezhető időben az Univerzum kora mindössze 870 millió év volt, a mainak körülbelül 16-od része. A kutatók az egyszeresen ionizált szén (CII) egyik hiperfinom tiltott átmenete során gerjesztődő 158 μm hullámhosszúságú emisszió segítségével térképezték a területet. A [CII] emissziónak szerepe van egyrészt a molekulafelhők hűtésében, a kontrakció, s így a korai Világegyetem galaxisaiban zajló csillagkeletkezés elősegítésében, másrészt ezen folyamatok alapvető indikátora is, mivel sokkal erősebb, mint a távoli infravörös kontinuum, illetve a központi fekete lyukak körüli területek által generált fényes optikai és közeli infravörös emisszió miatt például a hidrogén rekombinációs vonalai nem is alkalmasak erre a célra. A J1148+5251 egyébként egyike annak a két, nagy vöröseltolódású forrásnak, melyeknél a szóban forgó [CII] emisszió egyáltalában detektálható. Az eloszlás Gauss profillal történő illesztése alapján a sugárzás egy körülbelül 1,5 kpc (mintegy 5 ezer fényév) nagyságú területről származik, s csúcsának pozíciója jó egyezést (< 0,1 ívmásodperc, ∼ 600 pc) mutat a kvazárnak a Hubble űrteleszkóp méréseiből meghatározott optikai helyzetével, illetve a molekuláris gáz CO-mérésekből (Very Large Array) kapott eloszlási csúcsával is.

A J1148+5251 szubmilliméteres rádiótérképei. A mérések során egy 1,7 kpc x 1,3 kpc méretű területet sikerült feloldani. A kvazárnak a Hubble űrteleszkóp méréseiből származtatott pozícióját kereszt jelöli. Ennek és a [CII], illetve CO emisszió eloszlási csúcsainak jó egyezése azt jelzi, hogy a pozíciómeghatározások hibája 0,1 ívmásodpercnél kisebb.
[Walter és tsai]

Az adatok elemzése azt mutatja, hogy a gazdagalaxis teljes infravörös sugárzásának - ami a Napét 22000 milliárdszorosan haladja meg - távoli infravörösben kisugárzott része legfeljebb fele arányban származhat a központi fekete lyukhoz köthető folyamatoktól, a másik felének forrása a csillagkeletkezéssel kapcsolatos. Ennek üteme a becslések szerint évente 1700 naptömegnyi. A [CII] emisszió eloszlása ugyanakkor azt mutatja, hogy ezek a folyamatok főként a centrum körülbelül 750 fényév sugarú környezetében zajlanak, bár a szükséges molekuláris gáz jóval nagyobb területen is megtalálható, s alacsonyabb intenzitású keletkezés a mérések alapján nem is zárható ki ezekben a régiókban. A központi részre becsült csillagkeletkezési rátát - az összehasonlíthatóság kedvéért - területegységre vetítve (a látóirányra merőleges, egységnyi nagyságú terület "mögött" mennyi tömeg jelenik meg évente újonnan keletkezett csillagok formájában) nagyon nagy, 1000 naptömeg/év/kpc² körüli átlagos érték adódik, ami egy nagyságrenddel nagyobb az eddig vizsgált nagy vöröseltolódású galaxisok esetében kapott értéknél. Nem szokatlan ugyanakkor közeli galaxisoknál, például az Arp 220 katalógusjelű centrumában is ugyanilyen ráta mérhető, de ezekben a nagy keletkezési intenzitású régiók mérete két nagyságrenddel kisebb, mint a J1148+5251 esetében. Sőt, hasonló a "fajlagos" aktivitás az Orion-ködben található csillagkeletkezési területen (Orion KL) is, de ennek mérete már nyolc nagyságrenddel kisebb.

A J1148+5251 centrumának felületegységre vetített becsült csillagkeletkezési aktivitása az elméleti megfontolásokkal is összhangban van, bár a hatékonyságot jellemző faktornak - ami azt jelzi, hogy a rendelkezésre álló gáz hányad része alakul csillagokká - elég magasnak (mintegy 0,4) kell lennie. Ha a J1148+5251 éppen egy összeolvadási folyamat közben van, akkor ez a hatékonysági szint az 1,5 kpc méretű központi tartományba a kölcsönhatás miatt gyorsan beáramló gáz segítségével könnyen előállhat. A szerzők ugyanakkor megjegyzik, hogy az összeolvadásra utaló egyértelmű jelek az adatokból nem olvashatók ki. Másrészt az általuk megadott ráta az 1,5 kpc-es centrális régióra számolt átlag, a helyi értékek a belső részeken ennél jóval magasabbak is lehetnek, ami viszont már az elméletek számára is gondot okozhat.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin 2009. február 5-i számában jelent meg.

Forrás:

• Nature 457, 699-701 (5 February 2009)