A világegyetem ritka rádióáramkörei mögött rejlő rejtély feltárása

A felrobbanó csillagokból áramló galaktikus szelek magyarázatot adhatnak a hatalmas gyűrűkre.

Nem mindennap mondják a csillagászok: „Mi ez?” Hiszen a megfigyelt csillagászati ​​jelenségek többsége ismert: csillagok, bolygók, fekete lyukak, galaxisok. 2019-ben azonban az újonnan elkészült ASKAP (Australian Square Kilometer Array) teleszkóp olyasmit rögzített, amit még soha senki nem látott: olyan nagy rádióhullám-köröket, hogy egész galaxisokat tartalmaznak a központjukban.

Miközben az asztrofizikus közösség megpróbálta meghatározni, mik ezek a körök, azt is tudni akarták Miért A körök voltak. Az Alison Coyle, a San Diego-i Kaliforniai Egyetem csillagász- és asztrofizika professzora által vezetett csapat most úgy véli, megtalálták a választ: a körök áramló galaktikus szelek által alkotott kagylók, talán szupernóvákként ismert hatalmas, felrobbanó csillagokból. Munkájuk ben jelent meg természet.

Az egyes rádiókörök, mint például az ORC 1 a fenti képen, elég nagyok ahhoz, hogy galaxisokat tartsanak a központjukban, átmérőjük pedig több százezer fényév. Forrás: © J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)

Cowell és munkatársai hatalmas „csillagkitörés” galaxisokat tanulmányoztak, amelyek képesek megmozdítani ezeket a rendkívül gyorsan áramló szeleket. A csillagkeletkezési galaxisokban rendkívül magas a csillagkeletkezési arány. Amikor a csillagok meghalnak és felrobbannak, gázt bocsátanak ki a csillagból és környezetéből a csillagközi térbe. Ha elegendő számú csillag robban fel egymás közelében egyszerre, ezeknek a robbanásoknak az ereje magából a galaxisból is kiszoríthatja a gázt az áramló szélbe, amely másodpercenként akár 2000 kilométeres sebességgel is haladhat.

„Ezek a galaxisok igazán érdekesek” – mondta Cowell, aki egyben a Csillagászati ​​és Asztrofizikai Tanszék elnöke is. „Két nagy galaxis ütközésekor következik be. Az egyesülés az összes gázt egy nagyon kis területre nyomja, ami a csillagkeletkezés intenzív robbanását idézi elő. A nagy tömegű csillagok gyorsan kiégnek, és amikor meghalnak, az áramló szélben kilökik gázaikat.”

Hatalmas, ritka és ismeretlen eredetű

A technológiai fejlődés lehetővé tette az ASKAP számára, hogy az égbolt nagy részét nagyon halvány határokon belül pásztázza be, így 2019-ben először lehetett észlelni az egyes rádióáramköröket. . évek (referenciaként, Tejút A galaxis körülbelül 30 kiloparszek).

Számos elméletet javasoltak az ORC eredetének magyarázatára, beleértve a bolygóködöket és… Fekete lyuk fúziók, de a rádióadatok önmagukban nem tudnak különbséget tenni az elméletek között. Cowell és munkatársai felkeltették az érdeklődésüket, és lehetségesnek tartották, hogy a rádiógyűrűk az általuk vizsgált csillagkitörési galaxisok későbbi szakaszaiból származnak. Elkezdték kutatni az ORC 4-et – az első ORC-t, amelyet az északi féltekéről fedeztek fel és figyeltek meg.

A csillagrobbanások által vezérelt szelek szimulációja három különböző időszakban, 181 millió évvel ezelőtttől kezdve. Mindegyik kép felső fele a gáz hőmérsékletét, míg az alsó fele a sugárirányú sebességet mutatja. Köszönetnyilvánítás: Cassandra Luchas / Space Telescope Science Institute

Addig az ORC-ket csak rádiósugárzásuk révén figyelték meg, optikai adatok nélkül. Cowell csapata a hawaii Maunakea államban található WM Keck Obszervatórium integrált terepi spektrográfjával vizsgálta az ORC 4-et, amely hatalmas mennyiségű rendkívül fényes, forró, kompakt gázt mutatott ki – sokkal többet, mint az átlagos galaxisban látható.

Több kérdés, mint válasz, a csapat a nyomozói munkához kezd. Optikai és infravörös képalkotási adatok felhasználásával megállapították, hogy az ORC 4 galaxisban lévő csillagok körülbelül 6 milliárd évesek. „Ebben a galaxisban csillagkeletkezési robbanás történt, de körülbelül egymilliárd éve ért véget” – mondta Cowell.

Szimulációk és következtetések

Cassandra Luchas, a Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics posztdoktori ösztöndíjasa, aki a galaktikus szelek elméleti oldalára specializálódott és a cikk társszerzője, numerikus számítógépes szimulációkat futtatott a szélessávú rádiók méretének és tulajdonságainak megismétlésére. Egy gyűrű, amely nagy mennyiségű hideg gázt tartalmazott, sokkot kapott a központi galaxisba.

Szimulációik kimutatták, hogy az áramló galaktikus szelek 200 millió évig fújnak, mielőtt megállnának. Amikor a szél elállt, az előre mozgó sokk továbbra is kiszorította a magas hőmérsékletű gázt a galaxisból, és rádiógyűrűt hozott létre, míg a fordított sokk hatására hideg gáz hullott vissza a galaxisba. A szimuláció több mint 750 millió évig tartott, az ORC 4 1 milliárd éves becsült csillagéletkorán belül.

Egy 450 kilométer per másodperces kezdeti sebességgel és évi 200 naptömeges tömegáramú sugárhajtású galaktikus szél számítógépes szimulációja, amely 200 millió éven keresztül fújja ki a gázt a galaxisból a környező galaktikus közegbe. A bal oldali panel a gáz hőmérsékletét, a jobb oldali pedig a gáz sűrűségét mutatja. Ez a szimuláció lehetséges magyarázatot ad az egyes rádióáramkörök eredetére. Köszönetnyilvánítás: Cassandra Luchas / Space Telescope Science Institute

„Ahhoz, hogy ez működjön, nagy tömegű kiáramlásra van szükség, ami azt jelenti, hogy nagyon gyorsan sok anyagot lövell ki. A galaxison kívül környező gáznak pedig alacsony sűrűségűnek kell lennie, különben a sokk megszűnik. Ez a kettő kulcsfontosságú tényezők” – mondta Cowell. „Kiderült, hogy az általunk vizsgált galaxisok nagy tömegű áramlási sebességgel rendelkeznek. Ritkák, de léteznek. Tényleg azt gondolom, hogy ez valamiféle áramló galaktikus szélből eredő ORC-kre utal.”

Az áramló szelek nemcsak az ORC-k megértésében segíthetnek a csillagászoknak, hanem az áramló szelek megértésében is. „Az ORC-k módot adnak arra, hogy rádióadatokon és spektroszkópián keresztül lássuk a szeleket” – mondta Cowell.

„Ez segíthet meghatározni, mennyire gyakoriak ezek az intenzíven áramló galaktikus szelek, és mi a szél életciklusa. Segítenek abban is, hogy többet megtudjunk a galaxisok evolúciójáról: Minden hatalmas galaxis átesik az ORC fázison? A spirálgalaxisok ellipszoidok, amikor abbahagyják a csillagok képződését?” ?Azt hiszem, sokat tanulhatunk az ORC-kről és tanulhatunk az ORC-ktől.

Hivatkozás: „Az ionizált gáz több mint 40 kiloparszekensnyire kiterjed egyetlen rádióáramköri gazdagalaxisba” – Alison L. Coyle, Serena Perrotta, David S. N. Rupke, Cassandra Lochhas és Christy A. Tremonti, Alex Diamond Stanek, Drummond Fielding és James E. Geach, Ryan C. Hickox, John Moustakas, Gregory H. Rudnick, Paul Sell és Kelly E. jen, 2024. január 8. természet.
doi: 10.1038/s41586-023-06752-8