در مرکز بسیاری از کهکشان ها، سیاهچاله ای ابرپرجرم قرار دارد. وقتی گاز و دیگر مواد به سمت این سیاهچاله سقوط می کنند، فرایندی به نام برافزایش رخ می دهد که می تواند انرژی بسیار زیادی آزاد کند.
در برخی موارد، این فعالیت به شکل گیری یک هسته فعال کهکشانی یا AGN منجر می شود. این هسته ها می توانند فواره هایی بسیار قدرتمند از پلاسما را با سرعت های نزدیک به سرعت نور به فضا پرتاب کنند. این فواره ها تابش رادیویی شدیدی ایجاد می کنند و به همین دلیل، این دسته از کهکشان ها را کهکشان های رادیویی می نامند.
این فواره های پرانرژی تنها یک پدیده جانبی نیستند. انرژی آنها می تواند بر شکل گیری ستاره ها در کهکشان اثر بگذارد و گاز اطراف را گرم کند. اخترشناسان این فرایند را بازخورد هسته فعال کهکشانی یا AGN feedback می نامند و آن را در مدل های شبیه سازی تحول کهکشان ها در نظر می گیرند.
چرا پیدا کردن این کهکشان ها دشوار است؟
بخش مرکزی بسیاری از کهکشان های رادیویی قدرتمند در جهان اولیه، پشت حجم عظیمی از گاز و غبار پنهان شده است. در چنین شرایطی، نور مرئی و فرابنفش به سختی می تواند از محیط اطراف سیاهچاله خارج شود، اما فواره های رادیویی می توانند از این پوشش عبور کنند.
بر اساس یک مطالعه در سال ۲۰۲۴، ممکن است تا ۹۰ درصد از این منابع در انتقال به سرخ بالاتر از ۳.۵ در طول موج های فرابنفش و مرئی پنهان باشند. به همین دلیل، پیدا کردن و تایید آنها با روش های معمول بسیار دشوار است.
پژوهشگران برای حل این مشکل سراغ روشی متفاوت رفتند. آنها تصاویر عمیق نوری را با فهرست منابع رادیویی ترکیب کردند و به دنبال کهکشان هایی گشتند که در نور مرئی، نشانه ای از فاصله بسیار زیاد خود نشان می دهند.
این روش تکنیک شکست لایمن یا Lyman-break نام دارد. ابرهای هیدروژن خنثی در مسیر نور، بخشی از تابش فرابنفش را جذب می کنند. در نتیجه، در طیف نوری یک کهکشان بسیار دور، افت شدیدی دیده می شود که می تواند نشانه ای از انتقال به سرخ بسیار بالا باشد.
کشف TXS 2354+015
گروهی به سرپرستی باربارا بالم‌وِرده از رصدخانه اخترفیزیکی INAF تورین، داده های نوری حاصل از پیمایش Subaru را با داده های رادیویی تلسکوپ هایی مانند TGSS در فرکانس ۱۵۰ مگاهرتز و VLASS در فرکانس ۳ گیگاهرتز ترکیب کردند.
آنها به دنبال منابعی بودند که در بازه انتقال به سرخ ۴.۵ تا ۵.۳ قرار داشته باشند. این بازه مربوط به دورانی است که جهان تنها حدود ۱.۱ تا ۱.۳ میلیارد سال سن داشته است.
در این جستجو، TXS 2354+015 توجه پژوهشگران را جلب کرد. طیف نوری این جرم یک خط گسیلی مشخص از لایمن آلفا نشان می داد. یک خط گسیلی کم نورتر نیز در ادامه شناسایی شد و به پژوهشگران اجازه داد مقدار انتقال به سرخ را با اطمینان بیشتری تعیین کنند.
نتیجه، انتقال به سرخ ۴.۹۴۶ بود. این عدد نشان می دهد که ما این کهکشان را همان طور می بینیم که در زمانی کمتر از ۱.۲ میلیارد سال پس از آغاز کیهان بوده است.
با این کشف، TXS 2354+015 به دومین کهکشان رادیویی دورترین نمونه شناخته شده تبدیل شده است.
پژوهشگران برای اطمینان از اینکه با یک هم ترازی تصادفی میان یک منبع رادیویی و یک جرم نوری روبه رو نیستند، چند بررسی دیگر نیز انجام دادند. تطابق بسیار دقیق موقعیت منبع در تصاویر رادیویی و نوری، روشنایی رادیویی بسیار غیرمعمول و نسبت مورد انتظار میان تابش رادیویی و نوری، همگی نشان دادند که این جرم واقعا یک کهکشان رادیویی دوردست است.
آیا قدرتمندترین کهکشان رادیویی جهان است؟
مهم ترین نتیجه پژوهش زمانی به دست آمد که تیم تحقیق توان ذاتی تابش رادیویی TXS 2354+015 را محاسبه کرد.
بر اساس این محاسبات، این جرم از تمام کهکشان های رادیویی با انتقال به سرخ بالا که پیش از آن در منابع علمی شناخته شده بودند، پرقدرت تر است. توان رادیویی برآورد شده آن در فرکانس ۵۰۰ مگاهرتز حتی از رکورددار قبلی که در یک بررسی در سال ۲۰۰۸ معرفی شده بود، بیشتر است.
پژوهشگران در مقاله خود می نویسند:
«بنابراین، به نظر می رسد TXS 2354+015 قدرتمندترین کهکشان رادیویی شناخته شده تا امروز باشد.»