Kicsit halvány, kicsit lassú, de azért jetes AGN (az M81-ről)

Az M81 a hozzánk egyik legközelebb elhelyezkedő aktív maggal rendelkező galaxis. Az alacsony luminozitású AGN-ek közé tartozik, közelsége miatt számos frekvencián mérik, tanulmányozzák. Mellesleg optikai tartományban sem néz ki rosszul:

Ken Crawford felvétele az M81 spirálgalaxisról

Rádió és röntgen megfigyelések, valamint az optikai színképvonalakból számolt fekete lyuk tömeg (70 millió naptömeg) azt mutatják, hogy az M81-beli AGN szépen követi a fekete lyuk aktivitást leíró úgynevezett fundamentális síkot.

Infravörös (rózsaszín), optikai (zöld), ultraibolya (lila) és röntgen (kék) kompozit kép az M81-ről.  (NASA/JPL/Caltech/CfA, NASA/ESA/CfA, NASA/JPL/Caltech/CfA, NASA/CXC)
(S. Markoff és mtsai. 2008 ApJ)

A fundamentális sík a jetet tartalmazó csillagtömegű és szupernagytömegű fekete lyukak rádió és röntgen luminozitása közötti kapcsolatot írja le. Ezt az összefüggést először a kettős rendszerekben megtalálható csillagtömegű fekete lyukakat, a röntgen kettősökre írták le. Aztán később mutattak rá, hogy a fekete lyukak tömegének megfelelő skálázásával a rádióhangos AGN-ek számos csoportját (BL Lac objektumokat, Fanaroff-Riley osztályozás első csoportjába tartozó rádiógalaxisokat, keskeny vonalas Seyfert 1-es galaxisokat) is nagyjából rá lehet vezetni erre a diagramra. Természetesen mivel az AGN-ek jelentős fényességváltozásokat mutatnak a röntgen- és rádiótartományban végzett megfigyeléseket érdemes egyidőben végezni.

M81 is mutat jelentős fluktuációt az 5 GHz-nél nagyobb frekvenciákon. 2011-ben azonban egy különösen erős változást figyeltek meg 15 GHz-en, amikor az átlagos értékének több mint két és félszeresére fényesedett egy hét alatt. Ekkor számos hullámhossztartományban indítottak megfigyelési kampányokat. Az egyidejű rádió és röntgen mérések eredményeit összefoglaló cikk most jelent meg a Nature Physics-ben. 

Az egyik legfontosabb eredmény, hogy sikerült a rádió flare-t legalább 12 nappal megelőző röntgen kifényesedésre utaló jelet találni az alacsony energiás, 2 keV alatti tartományban. Az időkülönbséget a szinkrotron flare energiavesztésével (hűlésével) magyarázva kiszámolható, hogy a mágneses tér erőssége 2 és 9 Gauss közötti. Emellett sikerült VLBA mérésekkel egy komponenst is azonosítani 23 GHz-en, ami a fénysebesség felével távolodott a VLBI magtól. Rádióhangos kvazároknál teljesen hétköznapi hasonló komponnesek detektálása és követése a jetben, de ez volt az első alkalom, hogy  az M81-ben, egy kifejezetten alacsony luminozitású AGN-ben, sikerült egy mozgó komponenst detektálni. A különbség, hogy az M81-ben detektált komponens jelentősen lassabb és közelebb van a maghoz, kevesebb mint tízezer Schwarzschild sugárra. Hasonló fekete lyuk tömeggel rendelkező, de rádióhangos AGN-eknél ezen a frekvencián a jetek egymillió Schwarzschild sugárnál is nagyobb méretűek.

Az M81 jet komponense VLBA mérései 23,7 GHz (a) és 8,4 GHz-en (b). Valamint a két frekvenciából számolt spektrálindex (c). A. L. King és mtsai. Nature Physics 12 (2016) 772-777

Alacsony akkréciós rátával rendelkező AGN-ekre (és a fentebb említett csillagtömegű fekete lyukakat tartalmazó kettős rendszerekben kialakuló jetekre) jellemzőek a relativisztikusan mozgó diszkrét plazmacsomók. A cikk szerzői szerint hasonló (ámbár lassabb) komponens felfedezése a különösen alacsony akkréciós rátájú M81-ben azt támasztja alá, hogy a jetek kialakulása nagyon hasonló folyamat bármekkora tömegű fekete lyukról és bármekkora anyagbefogási rátáról is legyen szó.

A másik jelentős eredmény, hogy úgy tűnik a jet komponens megejelenése a röntgen kifényesedéssel is kapcsolatban áll. Habár a szerzők erre nem térnek ki, de blazárok esetében nem mindig sikerült ilyen összefüggést kimutatni. Gyakori az optikai- vagy gamma-tartományban mért kifényesedés (vagy változás) és a rádió szerkezeti változás között megfigyelt összefüggés. Azonban röntgen energiákon sokszor detektálnak úgynevezett árva flare-eket, amelyeknek más hullámhosszatartományban nem látnak megfelelőjét.