Ανακάλυψη ενός πληθυσμού γαλαξιών με έντονη εκπομπή στις ακτίνες Χ και έντονη αστρογέννεση με το τηλεσκόπιο eROSITA
Η αποστολή eROSITA (extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array), η πρώτη επισκόπηση σε όλο τον ουρανό στις ακτίνες-Χ στην περιοχή 0.2-8.0 keV, έφερε επανάσταση στην κατανόηση της ακτινοβολίας ακτίνων Χ των γαλαξιών, παρέχοντας μια αντικειμενική και ακριβή καταγραφή των πληθυσμών τους.
Δύο μέλη του Τμήματος Φυσικής (ο υποψήφιος διδάκτορας Ηλίας Κυρίτσης και ο καθηγητής Ανδρέας Ζέζας) συμμετέχουν στην Ομάδα Εργασίας για τους Κοντινούς Γαλαξίες του eROSITA, υπό την καθοδήγηση του Dr. Frank Haberl και πλέον της Dr. Chandreyee Maitra, στο Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics στο Garching της Γερμανίας. Στην ομάδα αυτή συμμετέχουν επίσης ερευνητές από το αστεροσκοπείο Dr. Karl Remeis στο Bamberg (Γερμανία) και το NASA Goddard Space Flight Center (ΗΠΑ).
Σε μία πρόσφατη μελέτη, με επικεφαλής τον Ηλία Κυρίτση, η ομάδα χρησιμοποίησε δεδομένα ακτίνων-Χ από την πρώτη σάρωση όλου του ουρανού με το eROSITA (eRASS1) για να μελετήσει, για πρώτη φορά, ένα στατιστικά αξιόπιστο και αντικειμενικό δείγμα γαλαξιών που δημιουργούν αστέρια. Η εκπομπή ακτίνων-Χ σε γαλαξίες που δεν περιέχουν ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGN), προέρχεται κυρίως από πληθυσμούς διπλών συστημάτων ακτίνων-Χ (XRBs) και διάχυτο θερμό αέριο. Για να συνδέσει την εκπομπή ακτίνων-Χ από τα XRBs με τους αστρικούς πληθυσμούς των γαλαξιών, ο Ηλίας Κυρίτσης ηγήθηκε επίσης της ανάπτυξης του ανανεωμένου γαλαξιακού καταλόγου HECATEv2. Αυτός ο κατάλογος γαλαξιών παρέχει πλούσιες πληροφορίες για όλους τους γνωστούς γαλαξίες έως απόσταση 200 Mpc (z<0.05), όπως ακριβείς αποστάσεις και μεγέθη, φωτομετρία στο οπτικό και το μέσο υπέρυθρο, παραμέτρους αστρικών πληθυσμών (π.χ. ρυθμός σχηματισμού άστρων -SFR-, αστρική μάζα -M★-, μεταλλικότητα) βασισμένες σε πολυφασματικά δεδομένα. Επίσης παρέχει αξιόπιστες ταξινομήσεις γαλαξιακής δραστηριότητας βασισμένες σε φασματοσκοπικά και φωτομετρικά διαγνωστικά.
Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα μελέτησε την εκπομπή ακτίνων-Χ από το μεγαλύτερο δείγμα γαλαξιών με αστρογέννηση και χωρίς ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες μέχρι σήμερα (~18.000 αντικείμενα), ως συνάρτηση του SFR, της M★, της μεταλλικότητας και της ηλικίας των αστρικών πληθυσμών τους. Τα αποτελέσματά τους αποκάλυψαν έναν πληθυσμό γαλαξιών με μικρό μέγεθος, φτωχών σε μέταλλα, και με πολύ έντονη αστρογέννηση που φιλοξενούν εξαιρετικά φωτεινά XRBs, έως και ~100 φορές πιο λαμπρά από ό,τι είχε παρατηρηθεί σε προηγούμενες μελέτες. Βασιζόμενοι σε αυτά τα ευρήματα, οι ερευνητές αναπροσδιόρισαν την σχέση μεταξύ της λαμπρότητας ακτίνων-Χ και των αστρικών πληθυσμιακών παραμέτρων, χρησιμοποιώντας το πιο αντικειμενικό δείγμα γαλαξιών που έχει μελετηθεί έως τώρα.
Η ανακάλυψη αυτών των φωτεινών στις ακτίνες-Χ γαλαξιών θέτει σε δοκιμασία την κατανόησή μας για τους πληθυσμούς XRBs, καθώς υποδηλώνει την ύπαρξη ενός μεγάλου πληθυσμού εξαιρετικά φωτεινών αντικειμένων. Αυτό συνεπάγεται είτε πολύ υψηλούς ρυθμούς προσαύξησης ύλης στο συμπαγές αντικείμενο, είτε την παρουσία πολύ μαζικών αστρικών μελανών οπών, είτε ακόμα και την ύπαρξη μελανών οπών ενδιάμεσης μάζας. Πράγματι, η μελέτη αυτών των συστημάτων είναι κρίσιμη για τη διερεύνηση των πληθυσμών μελανών οπών και αστέρων νετρονίων που σχηματίζονται στο τέλος της ζωής των άστρων, καθώς και για την κατανόηση της εξέλιξης των διπλών αστρικών συστημάτων. Τέτοια συστήματα μπορούν να αποτελέσουν προγόνους των πιο ενεργητικών φαινομένων στο Σύμπαν: εκλάμψεις ακτίνων γάμμα (γ-ray bursts) και συγχωνεύσεις συμπαγών αντικειμένων που οδηγούν στην παραγωγή ακτινοβολίας βαρυτικών κυμάτων. Επιπλέον, οι νέες σχέσεις μεταξύ της ακτινοβολίας-Χ και των παραμέτρων των αστρικών πληθυσμών των γαλαξιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον ακριβέστερο καθορισμό των εξελικτικών παραμέτρων των XRBs, δοκιμάζοντας διαφορετικά σενάρια εξέλιξης μέσω προσομοιώσεων πληθυσμών διπλών αστέρων. Επιπλέον, αξίζει να σημειωθεί ότι αυτός ο μέχρι πρότινος άγνωστος πληθυσμός XRBs μπορεί να βελτιώσει την κατανόησή μας για την κοσμική εξέλιξη των γαλαξιών. Η πλειονότητα αυτών των γαλαξιών είναι νάνοι γαλαξίες με έντονη αστρογέννηση, οι οποίοι λειτουργούν ως τοπικά ανάλογα των γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν. Αυτό μας επιτρέπει να θέσουμε αυστηρότερους περιορισμούς στις εξελικτικές διαδρομές των γαλαξιών και των συμπαγών αντικειμένων κατά τη διάρκεια της κοσμικής ιστορίας.
(b) Δεξιά: Ο λόγος LX/SFR ως συνάρτηση του ειδικού SFR (μία ένδειξη της έντασης της αστρογέννεσης σε ένα γαλαξία) για τον πληθυσμό των πολύ λαμπρών στις ακτίνες Χ γαλαξιών που ανακαλύφθηκε κατά την διάρκεια της πρώτης σάρωσης όλου του ουρανού από το τηλεσκόπιο eROSITA (eRASS1). Η χρωματική κλίμακα δείχνει τη μεταλλικότητα του αερίου. Όπως φαίνεται, υπάρχει ένας υποπληθυσμός γαλαξιών με εξαιρετικά έντονη εκπομπή στις ακτίνες-Χ, με χαμηλή μεταλλικότητα και υψηλότερους ρυθμούς ειδικού σχηματισμού άστρων (sSFR). Η κόκκινη διακεκομμένη γραμμή υποδεικνύει μία από τις σχέσεις κλιμάκας (Lehmer et al. 2016).
