Τι είναι οι Ενεργοί Γαλαξιακοί Πυρήνες;

Το θέμα το οποίο θα αναπτύξουμε παρακάτω αφορά τους κύριους πρωταγωνιστές της ερευνητικής μου δραστηριότητας, τους Ενεργούς Γαλαξιακούς Πυρήνες (ΕΓΠ). Στην αγγλική ορολογία θα τους βρείτε ως Active Galactic Nuclei (AGN). Το όνομά τους προέρχεται από το γεγονός ότι ορισμένοι γαλαξίες ανιχνεύονται με πολύ λαμπρούς πυρήνες, οι οποίοι δεν μπορούν να εξηγηθούν μέσω της αστρικής τους εκπομπής. Πολλές κατηγορίες «ενεργών γαλαξιών» έχουν ανιχνευθεί, για παράδειγμα, κβάζαρ, ραδιογαλαξίες και Γαλαξίες Seyfert.

Πολλοί ΕΓΠ παρουσιάζουν ισχυρή εκπομπή στις ακτίνες γ, στις ακτίνες Χ, στο υπεριώδες, στο ορατό, στο υπέρυθρο καθώς επίσης και στα ραδιοκύματα. Οι ΕΓΠ παρατηρησιακά χωρίζονται σε δύο κατηγορίες, οι οποίες αναφέρονται ως «ραδιο-ήσυχοι» και «ραδιο-ισχυροί». Οι ραδιο-ισχυροί αντιστοιχούν σε ΕΓΠ που εκπέμπουν έντονα στα ραδιοκύματα (εξού και το όνομα), ενώ οι ραδιο-ήσυχοι χαρακτηρίζονται από την αμελητέα ραδιοεκπομπή τους. Το 1943 ο Carl Seyfert ανακάλυψε την πρώτη κατηγορία των ΕΓΠ και γι’ αυτό φέρουν το όνομά του. Οι «γαλαξίες Seyfert» είναι μία κατηγορία ραδιο-ήσυχων ΕΓΠ που είναι γνωστοί για τις γραμμές εκπομπής τους. Βάσει των γραμμών αυτών υποδιαιρούνται σε δύο κατηγορίες. Οι γαλαξίες Seyfert τύπου 1 έχουν τόσο στενές όσο και πλατιές γραμμές εκπομπής στο ορατό φάσμα, ενώ οι Seyfert τύπου 2 έχουν μόνο στενές γραμμές εκπομπής. Οι πλατιές γραμμές εκπομπής υποδηλώνουν την ύπαρξη σύννεφων αερίου υψηλής πυκνότητας και ταχύτητας μεταξύ 1000 και 5000 km/s σχετικά κοντά στη μελανή οπή, γνωστή και ως περιοχή πλατιών γραμμών εκπομπής. Οι στενές γραμμές προκαλούνται από σύννεφα αερίου χαμηλής πυκνότητας που βρίσκονται σε μεγαλύτερες αποστάσεις από τον πυρήνα και έχουν ταχύτητες περίπου 500 έως 1000 km/s (περιοχή στενών γραμμών εκπομπής).

Ένας τυπικός ΕΓΠ έχει κι έναν δίσκο προσαύξησης που περιστρέφεται γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα και την τροφοδοτεί μέσω της ύλης του, η οποία ακολουθεί τροχιές γύρω από τη μαύρη τρύπα. Κατά μέσο όρο, ένας ΕΓΠ χαρακτηρίζεται από ροή ύλης προς τη μαύρη τρύπα ίση περίπου με δύο ηλιακές μάζες ανά έτος.

Πέρα από τις περιοχές που αναφέραμε προηγουμένως ότι υπάρχουν στο περιβάλλον ενός ΕΓΠ, όπως η περιοχή πλατιών γραμμών εκπομπής, η περιοχή στενών γραμμών εκπομπής, υπάρχει κι ένας τόρος ύλης (φανταστείτε ένα σχήμα σαν ντόνατ γύρω από τη μαύρη τρύπα). Επιπλέον, μέσω των μηχανισμών προσαύξησης μάζας, ορισμένοι ΕΓΠ εμφανίζουν ισχυρούς ανέμους και, σε πιο ακραίες περιπτώσεις, μαζικές εκροές με τη μορφή σχετικιστικών πιδάκων.

Σε έναν δίσκο προσαύξησης, η ύλη λόγω θέρμανσης εκπέμπει φωτόνια από το οπτικό έως και τις ακτίνες Χ. Τα φωτόνια χαμηλότερης ενέργειας, αποκτούν περαιτέρω ενέργεια καθώς σκεδάζονται μέσα σε μια περιοχή από σχετικιστικά θερμά ηλεκτρόνια και τα παρατηρούμε στις ακτίνες Χ. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται κομπτονισμός (προς τιμή του Compton, τον επιστήμονα που μελέτησε αυτές τις σκεδάσεις) και εδώ εστιάζεται η ερευνητική μου δραστηριότητα. Η περιοχή που βρίσκονται τα θερμά ηλεκτρόνια είναι γνωστή ως στέμμα του ΕΓΠ (AGN corona). Ακόμη, ένα μεγάλο μέρος της ακτινοβολίας του ΕΓΠ απορροφάται από το διαστρικό αέριο και τη σκόνη κοντά στο δίσκο προσαύξησης, και στη συνέχεια επανεκπέμπεται στα υπέρυθρα μήκη κύματος.

Video: Μία πιο “κοντινή ματιά” στη συμπεριφορά μιας κεντρικής μαύρης τρύπας στον πυρήνα ενός ενεργού Γαλαξία.