Розкрито таємницю рідкісних радіоколів у Всесвіті

Вихідні галактичні вітри від вибухаючих зірок можуть пояснити величезні кільця. Не кожен день астрономи запитують: «Що це?» Адже відома більшість спостережуваних астрономічних явищ: зірки, планети, чорні діри, галактики. Але у 2019 році нещодавно завершений телескоп ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder) виявив те, чого ніхто раніше не бачив: кола радіохвиль настільки великі, що в центрі містилися цілі галактики.

Коли співтовариство астрофізиків намагалося визначити, що це за кола, вони також хотіли знати, чому ці кола. Тепер команда під керівництвом професора астрономії та астрофізики Каліфорнійського університету в Сан-Дієго Елісон Койл вважає, що вони, можливо, знайшли відповідь: кола — це оболонки, утворені вихідними галактичними вітрами, можливо, від масивних вибухаючих зірок, відомих як наднові. Їхня робота опублікована в Nature.

Коіл та її співробітники вивчали масивні галактики зі спалахами зірок, які можуть керувати цими надшвидкими вихідними вітрами. Галактики зі спалахами зірок мають винятково високу швидкість утворення зірок. Коли зірки гинуть і вибухають, вони викидають газ із зірки та її оточення назад у міжзоряний простір. Якщо достатньо зірок вибухне поруч одна з одною одночасно, сила цих вибухів може виштовхнути газ із самої галактики у вихідні вітри, які можуть рухатися зі швидкістю до 2000 кілометрів на секунду.

«Ці галактики справді цікаві», — сказав Койл, який також є головою відділу астрономії та астрофізики. «Вони виникають, коли дві великі галактики стикаються. Злиття виштовхує весь газ у дуже маленьку область, що викликає інтенсивний спалах зореутворення. Масивні зірки швидко згоряють, і коли вони вмирають, вони викидають свій газ у вигляді вітру».

Масивний, рідкісний і невідомого походження

Технологічний розвиток дозволив ASKAP сканувати великі частини неба в дуже слабких межах, що дозволило вперше виявити непарні радіокіла (ORC) у 2019 році. ORC були величезними — сотні кілопарсеків у поперечнику, де кілопарсек дорівнює 3260 світловим рокам (для довідки, галактика Чумацький Шлях має діаметр близько 30 кілопарсек).

Було запропоновано кілька теорій, щоб пояснити походження ORC, включаючи планетарні туманності та злиття чорних дір, але самі по собі радіодані не могли розрізнити теорії. Коіл та її співробітники були заінтриговані й подумали, що, можливо, радіокільця є розвитком пізніших стадій галактик спалаху зірок, які вони вивчали. Вони почали досліджувати ORC 4 — перший відкритий ORC, який можна спостерігати з Північної півкулі.

До того часу ORC спостерігали лише через їх радіовипромінювання без будь-яких оптичних даних. Команда Койла використала інтегральний польовий спектрограф в обсерваторії WM Keck на Маунакеа, Гаваї, щоб поглянути на ORC 4, який виявив величезну кількість сильно яскравого, нагрітого, стисненого газу — набагато більше, ніж видно в середній галактиці.

Маючи більше питань, ніж відповідей, команда взялася за детективну роботу. Використовуючи дані оптичних та інфрачервоних зображень, вони визначили, що зірки всередині галактики ORC 4 мають приблизно 6 мільярдів років. «У цій галактиці стався спалах зореутворення, але він закінчився приблизно мільярд років тому», — заявив Койл.

Моделювання та висновки

Кассандра Лохаас, докторант Гарвардського та Смітсонівського центру астрофізики, що спеціалізується на теоретичній частині галактичних вітрів і співавтор статті, провела набір чисельних комп’ютерних симуляцій, щоб відтворити розмір і властивості великомасштабного радіо. кільце, включаючи велику кількість шокованого холодного газу в центральній галактиці.

Її моделювання показало, що вихідні галактичні вітри дмуть протягом 200 мільйонів років, перш ніж вони вимкнуться. Коли вітер припинився, поштовх, що рухався вперед, продовжував виштовхувати високотемпературний газ із галактики та створював радіокільце, тоді як зворотний поштовх спрямував холодніший газ назад на галактику. Симуляція розігрувалась протягом 750 мільйонів років — у межах орієнтовного зоряного віку ORC 4 в один мільярд років.

«Для того, щоб це працювало, вам потрібна висока швидкість відтоку, тобто дуже швидко викидається багато матеріалу. І навколишній газ за межами галактики має бути низької щільності, інакше поштовх зупиниться. Це два ключові чинники», — зазначив Койл. «Виявилося, що галактики, які ми вивчали, мають таку високу швидкість відтоку маси. Вони рідкісні, але вони існують. Я справді думаю, що це вказує на те, що ORC походять від якихось вихідних галактичних вітрів».

Не тільки вихідні вітри можуть допомогти астрономам зрозуміти ORC, але ORC також можуть допомогти астрономам зрозуміти вихідні вітри. «ORC дають нам можливість «бачити» вітри за допомогою радіоданих і спектроскопії», — сказав Коіл.

«Це може допомогти нам визначити, наскільки поширені ці екстремальні вихідні галактичні вітри та який життєвий цикл вітру. Вони також можуть допомогти нам дізнатися більше про еволюцію галактик: чи всі масивні галактики проходять фазу ORC? Чи стають спіральні галактики еліптичними, коли вони більше не утворюють зірки? Я думаю, що ми можемо багато чого дізнатися про ORC і навчитися в ORC».