A radio continuum study of NGC 6209 and NGC 4603

In de enorme uitgestrektheid van het universum zijn sterrenstelsels niet slechts statische eilanden van sterren; het zijn dynamische motoren die voortdurend nieuwe sterren baren en daarmee krachtige radiosignalen creëren. Deze signalen, onzichtbaar voor het menselijk oog, zijn een vorm van licht die door de ruimte reist net zoals het licht van een verre ster, maar met een veel langere golflengte. Astronomen gebruiken gigantische radioschotels om deze fluisteringen uit de kosmos op te vangen, waardoor ze de onzichtbare structuren binnen sterrenstelsels in kaart kunnen brengen. Soms komen deze radiosignalen van dramatische gebeurtenissen die plaatsvinden binnen een sterrenstelsel, zoals de explosieve dood van een massieve ster of de intense activiteit rond een zwart gat. Op andere tijden lijken de signalen te komen van binnen een sterrenstelsel, maar zenden ze in werkelijkheid uit van een veel verder gelegen object dat zich ver daarachter bevindt, perfect uitgelijnd langs onze gezichtslijn. Het onderscheiden van een lokale gebeurtenis en een verafgelegen achtergrondobject is een fundamentele uitdaging in de astronomie, omdat het wetenschappers helpt de ware aard en geschiedenis van de sterrenstelsels die zij bestuderen te begrijpen.

Een team onderzoekers richtte onlangs hun aandacht op twee nabijgelegen spiraalstelsels, NGC 6209 en NGC 4603, om een specifiek mysterie te onderzoeken: zijn de heldere radiovlekken die ze zien daadwerkelijk onderdeel van deze sterrenstelsels, of zijn het bedriegers uit de diepe ruimte? Met behulp van de Australian Square Kilometre Array Pathfinder, een krachtige radiotelescoop, legde het team gedetailleerde beelden van deze sterrenstelsels vast op meerdere frequenties. Ze bekeken ook dezelfde delen van de hemel met optische telescopen die zichtbaar licht zien en infraroodsatellieten die warmte detecteren. Door deze verschillende weergaven met elkaar te vergelijken, hoopten ze te bepalen of de radiobronnen verbonden waren met de sterren en het gas van de sterrenstelsels of dat het ongerelateerde achtergrondobjecten waren.

De studie onthulde drie afzonderlijke, compacte radiobronnen die binnen de grenzen van de twee sterrenstelsels leken te liggen. Eén bron werd gevonden nabij het centrum van NGC 6209, terwijl er twee andere werden gespot nabij het centrum van NGC 4603. Op het eerste gezicht leken deze bronnen gerelateerd te kunnen zijn aan de sterrenstelsels, bijvoorbeeld als markeringen van regio's waar nieuwe sterren worden gevormd of waar een ster onlangs is geëxplodeerd. Echter, een nadere blik op de gegevens vertelde een ander verhaal. Toen de onderzoekers de radiosignalen onderzochten, ontdekten ze dat de bronnen geen overeenkomende tegenhangers hadden in de optische of infraroodbeelden. Met andere woorden, waar de radiotelescoop een heldere stip zag, zagen de optische en infrarode telescopen niets anders dan de lege ruimte. Dit gebrek aan een zichtbare of thermische partner is een sterke aanwijzing dat deze radiobronnen niet het resultaat zijn van lokale activiteit binnen de sterrenstelsels.

Verdere analyse van de radiosignalen leverde meer bewijs. De onderzoekers maten hoe de sterkte van het radiosignaal veranderde over verschillende frequenties, een eigenschap die bekend staat als de spectrale index. Ze ontdekten dat alle drie de bronnen een steile afname in signaalsterkte vertoonden naarmate de frequentie toenam, een kenmerk dat typerend is voor niet-thermische processen. Hoewel sommige lokale objecten zoals supernova-restanten een vergelijkbaar gedrag kunnen vertonen, wees de specifieke combinatie van een steile signaalafname, een gebrek aan zichtbaar licht en een zeer zwakke magnetische polarisatie weg van een lokale oorsprong voor sommige bronnen. De onderzoekers berekenden ook de statistische waarschijnlijkheid dat deze bronnen door toeval in de buurt van die sterrenstelsels zouden verschijnen. Ze stelden vast dat de waarschijnlijkheid dat de twee bronnen in NGC 4603 puur door toeval met dat sterrenstelsel uitgelijnd zijn, zeer laag is, variërend van minder dan één procent tot ongeveer zeven procent afhankelijk van de bron, met een gecombineerde waarschijnlijkheid van slechts 0,26%.

Ondanks de lage waarschijnlijkheid van een willekeurige uitlijning, laat het fysieke bewijs geen unieke classificatie van alle bronnen toe. De onderzoekers concludeerden dat hoewel de steil-spectrum bronnen hoogstwaarschijnlijk achtergrond-quasars of radio-stelsels zijn die zich ver achter NGC 6209 en NGC 4603 bevinden, de eigenschappen van één bron (PS1 in NGC 4603) feitelijk consistent zijn met een oorsprong binnen het sterrenstelsel. Deze verre objecten zijn zo helder in radiogolven dat ze lijken te zitten binnen de nabijgelegen sterrenstelsels, wat een optische illusie van associatie creëert. Deze bevinding is vergelijkbaar met een eerdere ontdekking in een ander sterrenstelsel, waar een heldere radiobron ook als een achtergrondobject werd geïdentificeerd. Hoewel de statistische kans op een dergelijke uitlijning klein is, maken de fysieke eigenschappen van de bronnen — specifiek hun gebrek aan optische tegenhangers en hun steile radiospectra — de achtergrondinterpretatie de meest plausibele voor de steilere bronnen, hoewel niet definitief voor alle bronnen. De studie benadrukt het belang van het gebruik van meerdere golflengten om te voorkomen dat men verre kosmische bakens aanziet voor lokale verschijnselen, en herinnert astronomen eraan dat wat lijkt op een buurman aan de hemel, in werkelijkheid een reiziger kan zijn uit de verre uithoeken van het universum.