גלקסיית רדיו

גלקסיית רדיו היא גלקסיה שמהווה מקור חזק של גלי רדיו. גלקסיות אלה הן בעלות גרעין גלקטי פעיל ופולטות גלי רדיו מליבת הגלקסיה, מאונות של גז המקיפות את הליבה ומסילוני גז הנפלטים ממנה. מקובל להניח שקוואזרים הם למעשה גלקסיות רדיו שלא ניתן להבחין באור הנראה שלהן בשל המאפיינים הדומים של קרינת הרדיו הנפלטת מהם.

היסטוריה

בסוף שנות ה-40 של המאה ה-20 התחילו לצפות בשמיים באמצעות רדיו-טלסקופים ומיד עם תחילת התצפיות התגלו מספר מקורות חזקים של גלי רדיו (החזק שבהם, ברבור A, התגלה כבר ב-1939) ובשנות ה-50, אחרי שניסו לצפות במקורות הרדיו באמצעות טלסקופים אופטיים, התגלה שחלק מהמקורות הם למעשה גלקסיות (עצמים נוספים שהתגלו כמקורות של גלי רדיו הם שאריות סופרנובה ועצמים דמויי כוכב - קוואזרים). הספקטרום של הקרינה לא התאים לקרינה תרמית, אך הקיטוב שלה התאים לקרינת רדיו הנפלטת מאלקטרונים שמואצים למהירויות גבוהות בתוך שדה מגנטי (קרינת סינכרוטרון). חישובים של כמות האנרגיה הנדרשת ליצירת השדות המגנטים שיכולים להפיק קרינת רדיו בעוצמה כזאת, העלו שנדרש לשם כך מקור אנרגיה גדול בהרבה מאשר אנרגיית הכבידה או האנרגיה הגרעינית של הכוכבים. בשנת 1962 העלו האסטרונומים פרד הויל וויליאם אלפרד פולר את ההשערה שבליבת הגלקסיה יש גוף על-מסיבי שכבידתו מספקת את האנרגיה הדרושה לתהליכים שיוצרים את קרינת הרדיו.

מאפיינים

רוב גלקסיות הרדיו הן גלקסיות אליפטיות מסיביות. על פי התאוריה המקובלת, הן מכילות בליבתן חור שחור על-מסיבי שגורם להאצה חזקה של החומר בסביבתו למהירויות הקרובות למהירות האור וכתוצאה מהתאוצה ומהדחיסה החומר מתחמם והופך לפלזמה. התנועה המהירה של המטענים סביב החור השחור יוצרת שדות מגנטים חזקים שמאיצים את האלקטרונים שבפלזמה. בגלקסיות רבות בעלות גרעין גלקטי פעיל נצפים סילוני גז הנפלטים מליבתן בניצב למישור הגלקסיה וכן אונות של גז ואבק הנפרשות גם כן בניצב למישור הגלקסיה. גם חלקים אלה, בנוסף לליבה עצמה, פולטים גלי רדיו. ההתפלגות של עוצמת הקרינה מהמקורות השונים היא מאוד מגוונת. קיימות גלקסיות שבהן כמעט כל קרינת הרדיו נפלטת מליבת הגלקסיה בעוד שבאחרות רק כאחוז מקרינת הרדיו מקורו בליבה. בחלק מהגלקסיות יש אונות של חומר הפולט קרינת רדיו משני הצדדים של הליבה. האונות הן בדרך כלל סימטריות ומכילות אזורים קטנים יחסית שמהן נפלטת קרינה חזקה במיוחד (נקודות חמות). האונות משתרעות למרחק של מאות-אלפי שנות אור ולעיתים אפילו למרחק של מיליוני שנות אור. ממרכז הגלקסיה. ברוב המקרים עוצמת הקרינה שנפלטת משתי האונות דומה, אך יש מקרים שבהם אונה אחת קורנת הרבה יותר מהשנייה. בגלקסיות רדיו חסרות אונות יש במקרים רבים סילונים של גז הנפלטים משני צידי הליבה. אורך הסילונים משתנה מעשרות שנות אור ועד לאלפי שנות אור. קרינת הרדיו הנפלטת מהם יכולה להיות כמעט אחידה או בדומה לאונות, להכיל אזורים קטנים שקורנים בעוצמה רבה יותר. נראה שבקוואזרים ובגלקסיות רדיו פעילות מאוד יש לעיתים קרובות רק סילון אחד. בשנת 1974 הציעו האסטרונומים ברני פנרוף וג'וליה ריילי סיווג של גלקסיות רדיו לשני סוגים: סוג I‏ (FR-I) שבו עוצמת קרינת הרדיו יורדת עם המרחק מליבת הגלקסיה וסוג II‏ (FR-II) שבו עולה עוצמת הקרינה עם המרחק מהליבה. נראה שבגלקסיות רדיו מסוג I האנרגיה שנפלטת מהליבה הופכת לגלי רדיו באופן רציף וככל שהמרחק מהליבה גדל האנרגיה פוחתת והקרינה נחלשת, בעוד שבגלקסיות רדיו מסוג II האנרגיה הופכת לגלי רדיו רק באזורים מסוימים רחוקים יחסית מהליבה והקרינה נשארת חזקה במרחקים גדולים.

מקור הקרינה

קרינת הרדיו מתאפיינת בטווח תדרים רחב מאוד ובקיטוב חזק. כאשר מהירות האלקטרונים גבוהה מספיק נפלטת גם קרינה באורכי גל קצרים יותר בתחומים של תת-אדום, אור נראה, על-סגול, קרני X וקרני גמא, אך עוצמת הקרינה יורדת מאוד עם התקצרות אורך הגל. כאמור, מאפיינים אלה מתאימים לקרינת סינכרוטרון שנוצרת מאלקטרונים שמואצים למהירויות יחסותיות בשדות מגנטים חזקים, אך נראה שקיים מנגנון נוסף שמתרחש כאשר אלקטרונים מהירים יוצרים אינטראקציה עם פוטונים ומעבירים להם חלק מהאנרגיה שלהם. תהליך זה נקרא אפקט קומפטון הפוך והוא מקטין את מהירות האלקטרונים תוך העלאת האנרגיה של הפוטונים וקיצור אורך הגל שלהם.