Αναζήτηση Ενεργών Γαλαξιακών Πυρήνων όταν το Σύμπαν είχε ηλικία λιγότερο από 2 δισεκατομμύρια χρόνια!

Οι πολύ μεγάλοι γαλαξίες και ένα ποσοστό γαλαξιών μικρότερης μάζας τουλάχιστον στο κοντινό Σύμπαν φιλοξενούν στο κέντρο τους μια εξαιρετικά τεράστια μελανή οπή. Η μάζα είναι μεταξύ εκατομμυρία και δεκάδες δισεκατομμυρία φορές μεγαλύτερη από την μάζα του Ήλιου μας. Όταν η ύλη από τους γαλαξίες πέφτει στην υπερμεγέθη μελανή οπή, απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας σε ολόκληρο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα (εκπομπή σε οπτικό, υπεριώδες και υπέρυθρο φως καθώς και σε ακτίνες Χ και στα ραδιοφωνικά μήκη κύματος). Τέτοιου είδους φαινόμενα είναι γνωστά και ως Ενεργοί Γαλαξικοί Πυρήνες (Active Galactic Nuclei ή αλλιώς AGN). Σε πολλές περιπτώσεις, η ισχύς ενός μόνο AGN με μέγεθος παρόμοιο με το ηλιακό μας σύστημα είναι υψηλότερη από την ισχύ που εκπέμπεται από τον αστρικό πληθυσμό ολόκληρου του γαλαξία που φιλοξενεί την μελανή οπή.
Υπάρχουν πολλές ενδείξεις ότι αυτές οι υπερμεγέθεις μελανές οπές συνδέονται με κάποιο τρόπο με τους γαλαξίες που τις φιλοξενούν. Για παράδειγμα, η δραστηριότητα των AGN μπορεί να σταματήσει ή να ενισχύσει το σχηματισμό αστέρων σε έναν γαλαξία (αστρογέννεση). Ωστόσο, οι φυσικοί μηχανισμοί που κρύβονται πίσω από μια τέτοια αλληλοεξάρτηση δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Προκειμένου να μάθουμε περισσότερα για τις φυσικές ιδιότητες αυτών των αντικειμένων και να μελετήσουμε την εξέλιξή τους κατά τη διάρκεια του κοσμικού χρόνου, είναι απαραίτητο να ανιχνεύσουμε μεγάλα δείγματα AGN, ειδικά όταν Σύμπαν ήταν αρκετά νέο.
Ένας από τους πιο αποτελεσματικούς τρόπους εύρεσης AGN είναι μέσω του φωτός των ακτίνων Χ, καθώς οι ακτίνες Χ είναι τόσο ισχυρές που μπορούν να διαπεράσουν τη σκόνη και το αέριο που περιβάλλουν τη μελανή οπή στο κέντρο των γαλαξιών χωρίς να απορροφηθούν και να φτάσουν σε εμάς στη Γη. Ωστόσο, για να βρεθεί πόσο μακριά είναι αυτοί οι γαλαξίες απαιτούνται και βαθιές (δηλαδή μεγάλος χρόνος) εικόνες στα οπτικά μήκη κύματος .
Μια ομάδα αστρονόμων κυρίως από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών χρησιμοποίησαν παρατηρήσεις σε διαφορετικά μήκη κύματος και κατάφεραν να εντοπίσουν έναν αρκετά μεγάλο αριθμό ενεργών γαλαξιακών πυρήνων όταν το Σύμπαν είχε ηλικία μικρότερη των δύο δισεκατομμυρίων ετών. Αρχικά, χρησιμοποίησαν παρατηρήσεις ακτίνων Χ από το διαστημικό τηλεσκόπιο XMM-Netwon για να ανιχνεύσουν AGN στο πεδίο XMM-XXL, μια μεγάλη περιοχή του ουρανού. Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας βαθιές οπτικές εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Subaru επέλεξαν εκείνα τα AGN που βρίσκονται στο Πρώιμο Σύμπαν. Επιβεβαίωσαν τα αποτελέσματά τους κατασκευάζοντας τις ενεργειακές φασματικές κατανομές των πηγών με πρόσθετα δεδομένα σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα (υπεριώδες, οπτικό, υπέρυθρο). Η ενεργειακή φασματική κατανομή μιας πηγής στον ουρανό είναι ένα γράφημα της ενέργειας που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο σε διαφορετικά μήκη κύματος και είναι πολύ χρήσιμο εργαλείο για τους αστρονόμους να μελετήσουν τις φυσικές ιδιότητες των αντικειμένων του νυχτερινού ουρανού.
Ως αποτέλεσμα κατάφεραν να συγκρίνουν, για πρώτη φορά, αυτόν τον μεγάλο αριθμό πολύ φωτεινών ενεργών γαλαξιακών πυρήνων που ανιχνεύθηκαν στις ακτίνες Χ με τον αναμενόμενο αριθμό από τις θεωρητικές προβλέψεις σε αυτήν την εποχή του Σύμπαντος. Η ανάλυσή τους συμφωνεί με μερικά από τα εξελικτικά μοντέλα των υπερμεγέθων μελανών οπών που είναι παρόμοια όταν εξετάζουμε AGN που έχουν ανιχνευτεί στο οπτικό φως. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ο συνδυασμός παρατηρήσεων στις ακτίνες Χ μιας μεγάλης περιοχής στον ουρανό μαζί με βαθιά οπτικά δεδομένα είναι απαραίτητος για τον εντοπισμό ενεργών γαλαξιακών πυρήνων στο Πρώιμο Σύμπαν.
Αυτή η εργασία με επικεφαλής τον Δρ. Έκτορα Πουλιάση από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών σε συνεργασία με αστρονόμους από όλο τον κόσμο έγινε δεκτή για δημοσίευση στο έγκριτο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Astronomy & Astrophysics με τίτλο: «XXL-HSC: An updated catalogue of high-redshift (z>3.5) X-ray AGN in the XMM-XXL northern field. Constraints on the bright end of the soft logN-logS". Συν-συγγραφείς: Ιωάννης Γεωργαντόπουλος, A. Ruiz, R. Gilli, Ηλίας Κουλουρίδης, M. Akiyama, Y. Ueda, L. Chiappetti, C. Garrel, C. Horellou, T. Nagao, S. Paltani, M. Pierre, Y. Toba και C. Vignali. Η εργασία αυτή είναι διαθέσιμη στο διαδίκτυο: https://arxiv.org/pdf/2111.04659.pdf
Στην εικόνα βλέπουμε ένα παράδειγμα Ενεργού γαλαξιακού πυρήνα όπως παρατηρείται σε διαφορετικά μήκη κύματος. Credits: ESA/XMM-Newton (X-rays); ESA/Herschel/PACS/SPIRE/ C.D. Wilson, McMaster University, Hamilton, Ontario, Canada (Far-infrared); ESO (Visible).
eikona 2 Καλλιτεχνική απεικόνιση ενός Ενεργού γαλαξιακού πυρήνα. Credits: ESO/M. Kornmesser