Ανενεργές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ξυπνούν για λίγο θρυμματίζοντας αστέρια με παλοιρροϊκές δυνάμεις: Τα Συμπαγή Συμμετρικά Αντικείμενα (CSOs) ανοίγουν ένα νέο παράθυρο στον κόσμο των μελανών οπών.

Τα συμπαγή συμμετρικά αντικείμενα (CSOs) είναι ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες (AGN) από τους οποίους εκπέμπονται δύο πίδακες σε αντίθετες κατευθύνσεις με συνολικό προβαλλόμενο μέγεθος στον ουρανό <1kpc. Αυτά τα συστήματα έχουν συχνά θεωρηθεί ως νεαρές εκδοχές των γιγάντιων ραδιογαλαξιών όπως ο M87 που μπορούν να φτάσουν σε μεγέθη από kpc έως Mpc. Τώρα, με μια σειρά από τρία άρθρα μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό ερευνητή του IA Sebastian Kiehlmann και τον Anthony (Tony) Readhead, επίτιμο υπότροφο του IA-FORTH και ομότιμο καθηγητή Robinson Αστρονομίας του Caltech, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι CSO δεν είναι νέοι αλλά έχουν σχετικά σύντομη ζωή. Οι ερευνητές υποθέτουν ότι η μικρή διάρκεια ζωής είναι αποτέλεσμα της περιορισμένης παροχής υλικού που τροφοδοτεί τους πίδακες, το οποίο μπορεί να προέρχεται από ένα μόνο αστέρι που τεμαχίζεται από την κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα σε ένα λεγόμενο παλιρροϊκό συμβάν διάσπασης (TDE). Η ανακάλυψη αυτή επιτρέπει στους επιστήμονες να μελετήσουν την πλήρη εξέλιξη των εξωγαλαξιακών πίδακων από τη γέννηση έως το θάνατο, εξετάζοντας ένα μεγάλο δείγμα CSO.

Οι CSO είναι εξωγαλαξιακές ραδιοπηγές, όπου η ραδιοεκπομπή προέρχεται από δύο πίδακες που προέρχονται από μια κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα και κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Οι CSOs ορίστηκαν αρχικά ως συμπαγείς με συνολικό προβαλλόμενο μέγεθος <1kpc, που τους διακρίνει από τους μεγάλους ραδιογαλαξίες, και συμμετρικοί, όπου η συμμετρία σήμαινε ότι η σχετικιστική εστίαση δεν έχει σημαντική επίδραση στην εκπομπή, που τους διακρίνει από τα blazars. Για να διασφαλιστεί ότι οι CSO πράγματι δεν έχουν σημαντική σχετικιστικά εστιασμένη ακτινοβολία, οι Kiehlmann et al, (2024a)συγκέντρωσαν και εξέτασαν παλαιότερες παρατηρήσεις και δεδομένα για περισσότερες από 3.000 υποψήφιες πηγές από περίπου 200 δημοσιεύσεις και ταξινόμησαν αυτές τις πηγές με βάση ένα αναθεωρημένο σύνολο κριτηρίων επιλογής CSO. Επαληθεύτηκαν 64 CSO ως πραγματικές και εντοπίστηκαν 15 νέες CSO. Επιπλέον, εντόπισαν 167 υποψήφιες CSO, των οποίων οι μεταγενέστερες ραδιο-παρατηρήσεις από το VLBA αναλύονται επί του παρόντος.

Το δείγμα των 79 CSO που επιλέχθηκε από ένα ετερογενές μητρικό δείγμα υπόκειται σε διάφορες στρεβλώσεις. Οι Kiehlmann et al, (2024b) ορίζουν ένα πλήρες, περιορισμένο σε πυκνότητα ροής δείγμα 281 ραδιοπηγών που δεν υπόκειται σε στρεβλώσεις επιλογής, εκ των οποίων 19 βρίσκονται στον κατάλογο των 79 CSO. Υπό τη συντηρητική υπόθεση μιας σταθερής ταχύτητας προόδου, οι συγγραφείς υποστηρίζουν ότι το μεγάλο μέρος των φωτισμένων στις άκρες CSO μεταξύ των ραδιογαλαξιών μεγαλύτερου μεγέθους έρχεται σε αντίθεση με την υπόθεση ότι όλοι οι CSO θα εξελιχθούν τελικά σε πηγές σημαντικά μεγαλύτερες από 1kpc. Επιπλέον, οι ερευνητές δείχνουν ότι οι κατανομές των ερυθρομετατοπίσεων των CSOs και των μη-CSO στο πλήρες δείγμα είναι απίθανο να είναι οι ίδιες, με τους CSO που παρουσιάζουν έντονη ακτινοβολία στις άκρες να εμφανίζονται σε σημαντικούς αριθμούς μόνο σε ερυθρομετατοπίσεις <1, προς το τέλος της εποχής του μέγιστου ρυθμού σχηματισμού αστέρων. Τέλος, οι συγγραφείς δείχνουν ότι η κατανομή του φυσικού μεγέθους των φωτισμένων στις άκρες CSO δεν εκτείνεται ομοιόμορφα μέχρι το καθορισμένο όριο του 1kpc, αλλά κόβεται σημαντικά κάτω από αυτό περίπου στα 500pc. Αυτές οι τρεις ανεξάρτητες ενδείξεις υποδηλώνουν ότι οι φωτισμένοι στις άκρες CSOs αποτελούν μια κατηγορία πιδάκων AGN που διαφέρει από τις πηγές μεγαλύτερου μεγέθους και ότι η πλειοψηφία των CSOs δεν εξελίσσεται σε μεγαλύτερους ραδιογαλαξίες.

Από το δείγμα των 79 CSOs, 54 έχουν γνωστές φασματοσκοπικές ερυθρές μετατοπίσεις. Οι Readhead et al, (2024) ταξινόμησαν αυτά τα 54 CSO σε 11 CSO 1 με αμβλύτητες ακμών και 43 CSO 2 με αμβλύτητες ακμών. Τα CSO 2 ταξινομήθηκαν περαιτέρω σε CSO 2.0 με εμφανή θερμά σημεία στο τέλος των πιδάκων ή στενούς λοβούς, CSO 2.2 με ευρείς πίδακες ή/και λοβούς και CSO 2.1, μια ενδιάμεση κατηγορία. Οι τέσσερις κλάσεις βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές στο επίπεδο P-D που απεικονίζει τη μέγιστη φωτεινότητα (P) στα ραδιοκύματα έναντι του μεγαλύτερου γραμμικού μεγέθους (D). Ειδικότερα, τα CSO 2.0 είναι κατά μέσο όρο μικρότερα και φωτεινότερα από τα CSO 2.2. Οι συγγραφείς προτείνουν ότι οι τρεις κατηγορίες CSO 2 αντιστοιχούν σε διαφορετικά εξελικτικά στάδια: Τα CSO 2.0 είναι πρώιμες πηγές που εξακολουθούν να τροφοδοτούνται και να επεκτείνονται, τα CSO 2.1 είναι ένα ενδιάμεσο στάδιο εξέλιξης και τα CSO 2.2 είναι όψιμες πηγές, όπου η τροφοδοσία έχει σταματήσει. Επομένως, τα CSO δεν είναι γενικά "νεαρά", όπως συχνά αναφέρεται στη βιβλιογραφία, επειδή η πλειοψηφία τους δεν εξελίσσεται σε μεγάλες ραδιοπηγές, αλλά μάλλον διανύουν ολόκληρο τον κύκλο ζωής τους ως CSO. Σε σύγκριση με μεγάλες ραδιοπηγές όπως ο Cygnus A που μπορεί να έχουν ηλικία δεκάδων εκατομμυρίων ετών, οι CSO 2 είναι "βραχύβιες" με ηλικία <5000 ετών. Οι συγγραφείς προτείνουν ότι μια TDE θα μπορούσε να αποτελέσει ένα μοναδικό, μεμονωμένο γεγονός τροφοδοσίας που θα εξηγούσε το όριο στο μέγεθος και την ηλικία των CSO 2. Δείχνουν ότι η διάσπαση ενός αστέρα μεγάλης μάζας μπορεί να παρέχει την ενέργεια για να τροφοδοτήσει ένα CSO 2 σε χρονική κλίμακα μερικών 1000 ετών και υποστηρίζουν ότι οι ρυθμοί γέννησης των CSO 2 είναι συνεπείς με τις προσδοκίες από τους ρυθμούς TDE.

Αυτές οι τρεις μελέτες δείχνουν ότι τα CSOs παρέχουν ένα μοναδικό παράθυρο στη μελέτη των σχετικιστικών πιδάκων από τη γέννηση μέχρι το θάνατο, των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και της διαδικασίας προσαύξησης ύλης σε αυτές. Παρόμοια με τους αστέρες, των οποίων η εξέλιξη μπορεί να μελετηθεί στο διάγραμμα Hertzsprung-Russel, η εξέλιξη των CSO μπορεί να παρακολουθηθεί στο επίπεδο μεγέθους-φωτεινότητας. Οι ερευνητές έχουν ήδη ξεκινήσει προγράμματα που θα αυξήσουν τον αριθμό των γνωστών CSO για να ελέγξουν τις προτεινόμενες υποθέσεις και να κατανοήσουν καλύτερα την εξέλιξη των πιδάκων.

Ένα βίντεο που παρουσιάζει σχηματικά το σχηματισμό ενός CSO παρουσιάζεται παρακάτω:

 

Άρθρα: 

1. Kiehlmann et al. "Compact Symmetric Objects. I. Toward a Comprehensive Bona Fide Catalog“, 2024, The Astrophysical Journal, DOI 10.3847/1538-4357/ad0c56.
2. Kiehlmann et al. "Compact Symmetric Objects. II. Confirmation of a Distinct Population of High-luminosity Jetted Active Galaxies“, 2024, The Astrophysical Journal, DOI 10.3847/1538-4357/ad0cc2.
3. Readhead et al. "Compact Symmetric Objects. III. Evolution of the High-luminosity Branch and a Possible Connection with Tidal Disruption Events“, 2024, The Astrophysical Journal, DOI 10.3847/1538-4357/ad0c55.