A 9 MILIARDI DI ANNI LUCE

GMRT dice addio alla radiogalassia morente

GMRT è il più grande radiotelescopio al mondo che lavora sulle basse frequenze, anche se fra qualche anno il primato verrà preso dallo Square Kilometre Array. J021659-044920 presenta emissioni radio molto potenti e che da un capo all'altro misurano ben 4 milioni di anni luce: si tratta di una radiogalassia gigante molto rara

A team of astronomers working at the National Centre for Radio Astrophysics (NCRA, TIFR), Pune have discovered, using the Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT), an extremely rare galaxy of gigantic size. This galaxy -- located about 9 billion light years away towards the constellation Cetus -- emits powerful radio waves and has an end to end extent of a whopping 4 million light years! Such galaxies with extremely large 'radio size' are appropriately called giant radio galaxies. How do galaxies with an optical size of a hundred thousand light years produce radio emission several million light years in extent? It is argued that the presence of a super massive black hole at the centre of the galaxy drives large scale jets of hot plasma in diametrically opposite directions which eventually give rise to large radio lobes (see the image). While radio galaxies with size less than a million light years are common, giant radio galaxies are extremely rare, even more so, at large cosmic distances where only a handful have been discovered so far. This newly discovered galaxy known by its scientific name 'J021659-044920' is the newest member of this elite group. Under some special circumstances, the central black hole may stop producing the radio jet, and then the bright radio lobes fade away, within a few million years, due to lack of replenishment. What makes J021659-044920 special, is that it has been caught in this dying phase, where the radio jet appears to have switched off and the radio lobes have started fading. The fading of the lobes is caused by their losing energy in two ways, one, by emitting radio waves which show up as the gigantic radio lobes and two, by transferring energy to photons from the cosmic microwave background via a process known as inverse Compton scattering. This latter mechanism leads to faint X-ray emission, which is seen to emanate from the radio lobes of this galaxy. Such dying radio objects are best studied using a low frequency radio telescope such as the GMRT. The GMRT, the world's largest radio telescope facility operating at low radio frequencies, is an array of 30 fully steerable, 45 metre diameter antennas, spread out over a 30 km region around Khodad, near Narayangaon town of Pune district in western India. The GMRT was built and is operated by National Centre for Radio Astrophysics of the Tata Institute of Fundamental Research and has been in operation since 2002. For their analysis, the team combined their GMRT observations with previous observations made with a slew of international ground and space based telescope facilities -- XMM-Newton Space Telescope in X-ray, the Japanese Subaru telescope in optical, UK's Infrared Telescope in near-infrared, NASA's Spitzer Space Telescope in mid-infrared and the Jansky Very Large Array (USA) in high frequency radio bands. By using data from multiple telescopes spanning across the electromagnetic spectrum, they were able to carry out a comprehensive and incredibly detailed analysis of the physical conditions around this distant galaxy. The properties of the magnetic field in the region between galaxies in the distant universe can be understood with these observations.

Quella che vedete è un’immagine ottica con due lobi radio (in giallo e rosso). Il buco nero supermassiccio al centro della galassia rossa (la si vede meglio zoomata nell’inserto bianco) ha portato alla formazione di questi giganti lobi radio. Crediti: Prathamesh Tamhane/Yogesh Wadadekar

Una radiogalassia gigante è stata avvistata a 9 miliardi di anni luce da noi (costellazione della Balena) con l’indiano Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) presso il National Centre for Radio Astrophysics (NCRA, TIFR). J021659-044920 (questo il suo nome scientifico) è caratterizzata da emissioni radio molto potenti e che da un capo all’altro misurano ben 4 milioni di anni luce (si tratta di una radiogalassia gigante molto rara, soprattutto a queste distanze).

Ma come è possibile che galassie con una dimensione ottica di centomila anni luce possano produrre emissioni radio di diversi milioni di anni luce? Il responsabile, come spesso accade per altri fenomeni celesti, potrebbe essere il buco nero supermassiccio al centro della radiogalassia gigante, che produce enormi getti di plasma caldo in direzioni opposte dando vita anche a grandi lobi radio. Quando il “rifornimento” viene a mancare, il buco nero smette di produrre questi getti radio in pochi milioni di anni. Ed è proprio il caso di J021659-044920, ormai nelle fasi finali della sua vita. I lobi radio si stanno affievolendo e la perdita di energia si manifesta anche con il trasferimento di energia ai fotoni della radiazione cosmica di fondo attraverso un processo noto effetto Compton inverso. Si tratta di un meccanismo che porta all’indebolimento delle emissioni dei raggi X, che provengono proprio dai lobi radio di questa galassia.

Oggetti celesti morenti come J021659-044920 possono essere osservati agevolmente con radiotelescopi a basse frequenze come – appunto – GMRT, il più grande radiotelescopio al mondo che lavora sulle basse frequenze, anche se fra qualche anno il primato verrà preso dallo Square Kilometre Array – SKA (GMRT viene già utilizzato da qualche mese come pathfinder di SKA). Le antenne indiane del GMRT operano ormai da 13 anni: si tratta di 30 corpi pienamente movimentabili di ben 45 metri di diametro ciascuno e che insieme garantiscono un’area di raccolta di ben 30,000 metri quadrati, coprendo un range di frequenze da 150 MHz to 1.5 GHz.

Lo studio è stato pubblicato su MNRAS e per le loro analisi gli esperti hanno utilizzato dati provenienti da osservazioni precedenti effettuare con l’XMM-Newton Space Telescope ai raggi X, il Subaru telescope nel campo dell’ottico, l’Infrared Telescope nel vicino infrarosso, lo Spitzer Space Telescope nel medio infrarosso e il Jansky Very Large Array nelle alte frequenze radio. Utilizzando i dati di più telescopi che coprono tutto lo spettro dell’elettromagnetico, gli astronomi sono stati in grado di effettuare un’analisi completa e incredibilmente dettagliata dell’ambiente attorno a questa galassia lontana.

Per saperne di più:

Leggi QUI lo studio pubblicato su MNRAS: “J021659-044920: a relic giant radio galaxy at z ˜ 1.3”, di Tamhane P. et al.