Infographic showing the path of FRB 18112 passing through the halo of an intervening galaxy
Źródło: ESO/M. KornmesserAstronomowie korzystający z należącego do ESO teleskopu VLT po raz pierwszy zaobserwowali, że szybki błysk radiowy przeszedł przez galaktyczne halo. Ta tajemnicza emisja kosmicznych fal radiowych trwała mniej niż milisekundę i przemieściła się prawie niezaburzona, co sugeruje, że halo ma zaskakująco małą gęstość i słabe pole magnetyczne. Daje to astronomom nową technikę możliwą do badania nieuchwytnych halo w innych galaktykach.
Przy pomocy jednej kosmicznej zagadki astronomowie zbadali inną, analizując sygnał od szybkiego błysku radiowego (ang. fast radio burst), aby lepiej poznać rozmyty gaz w halo masywnej galaktyki [1]. W listopadzie 2018 r. radioteleskop Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) przechwycił szybki błysk radiowy oznaczony jako FRB 181112. Potem nastąpiły obserwacje przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) oraz innych teleskopów, które pokazały, że pulsy radiowe na swojej drodze w kierunku Ziemi przeszły przez halo masywnej galaktyki. Odkrycie tego pozwolił astronomom na przeanalizowanie sygnału radiowego pod kątem wskazówek dotyczących natury gazu w halo galaktyki.
„Sygnał od szybkiego błysku radiowego ujawnił naturę pola magnetycznego wokół galaktyki oraz strukturę gazu w halo. Nasze badania pokazują nową technikę dla badania własności halo galaktyk” powiedział J. Xavier Prochaska, profesor astronomii i astrofizyki na University of California Santa Cruz, pierwszy autor publikacji prezentującej wyniki nowych badań, opublikowanej dzisiaj w czasopiśmie „Science”.
Astronomowie ciągle nie wiedzą co powoduje szybkie błyski radiowe. Dopiero od niedawna są w stanie prześledzić niektóre z tych bardzo krótkich, bardzo jasnych radiowych sygnałów, wstecz do galaktyk, z których pochodzą. „Gdy nałożyliśmy obrazy radiowe i optyczne, wyraźnie zobaczyliśmy, że szybki błysk radiowy przebił halo galaktyki przypadkowo znajdującej się bliżej nas i po raz pierwszy otrzymaliśmy bezpośredni sposób sprawdzenia niewidocznej materii otaczającej tę galaktykę” wyjaśnił współautor Cherie Day, doktorant na Swinburne University of Technology w Australii.
VLT image of the location of FRB 181112
Źródło:
ESO/X. Prochaska et al.Galaktyczne halo zawiera zarówno ciemną materię, jak i materię zwykłą (barionową), która występuje głównie w formie gorącego, zjonizowanego gazu. O ile jasne części masywnej galaktyki mogą rozciągać się na około 30 000 lat świetlnych, jej prawie sferyczne halo ma prawie dziesięć razy większą średnicę. Gaz z halo zasila powstawanie gwiazd, gdy spada w kierunku centrum galaktyki, natomiast inne procesy, takie jak wybuchy supernowych, mogą wyrzucać materię poza obszary gwiazdotwórcze i do galaktycznego halo. Jednym z powodów, dla których astronomowie chcą badać gaz z halo jest lepsze zrozumienie procesów wyrzucania materii, które są w stanie zastopować formowanie się gwiazd.
„W przypadku tej galaktyki halo jest zaskakująco spokojne” powiedział Prochaska. „Sygnał radiowy był w większości niezaburzony przez galaktykę, co jest w ostrym kontraście do przewidywań wcześniejszych modeli opisujących co może dziać się z szybkim błyskiem radiowym.”
Sygnał FRB 181112 był złożony z kilku pulsów, z których każdy trwał mniej niż 40 mikrosekund (10 000 razy krócej niż mrugnięcie oka). Krótki czas trwania pulsów nakłada górny limit na gęstość gazu w halo, ponieważ przejście przez bardziej gęsty ośrodek poszerzyłoby czas trwania sygnały radiowego. Badacze obliczyli, że gęstość gazu w halo musi być mniejsza niż 0,1 atomu na centymetr sześcienny (co odpowiada kilkuset atomom w objętości balonika dziecięcego) [2].
„Tak jak drgające powietrze w upalny letni dzień, cienka atmosfera masywnej galaktyki może zaburzyć sygnał szybkiego błysku radiowego. Jednak zamiast takiej sytuacji, otrzymaliśmy puls tak nieskazitelny i ostry, że nie ma w nim wcale oznak obecności gazu na jego drodze” powiedział współautor Jean-Pierre Macquart, astronom w International Center for Radio Astronomy Research na Curtin University w Australii.
W badaniach nie znaleziono dowodów na zimne turbulentne obłoki lub małe gęste obszary chłodnego gazu w halo. Szybki błysk radiowym ujawnił też informację o polu magnetycznym w halo, które jest bardzo słabe – miliard razy słabsze niż w magnesie lodówki.
Aktualnie, dysponując jedynie wynikami dla jednego galaktycznego halo, naukowcy nie są w stanie określić czy niska gęstość i słabe pole magnetyczne, które zmierzyli, nietypowe, czy też może wcześniejsze badania galaktycznych halo zbytnio przeszacowywały te wartości. Prochaska powiedział, że spodziewa się, iż ASKAP i inne radioteleskopy będą używać szybkich błysków radiowych do badania halo wielu innych galaktyk, co pozwoli na ustalenie ich własności.
“Ta galaktyka może być wyjątkowa” powiedział. „Powinniśmy wykorzystać szybkie błyski radiowe do zbadania dziesiątek lub setek galaktyk o różnym zakresie mas i wieku, aby uzyskać ocenę całej populacji.” Teleskopy optyczne, takie jak należący do ESO teleskop VLT, odgrywają ważną rolę w ustalaniu jak daleko znajduje się galaktyka źródłowa każdego z błysków, a także w określeniu czy błysk przeszedł przez halo którejś z galaktyk położonych bliżej nas.
Uwagi
[1] Olbrzymie halo gazu o małej gęstości rozciąga się daleko poza świecącą częścią galaktyki, w której skoncentrowane są gwiazdy. Pomimo iż ten gorący, rozproszony gaz odpowiada za większą część masy galaktyki niż gwiazdy, jest bardzo trudny do zbadania.
[2] Gęstość nakłada także ograniczenia na prawdopodobieństwo wystąpienia turbulencji lub obłoków chłodnego gazu w halo. Przy czym określenie „chłodny” ma tutaj względne znaczenie, bowiem odnosi się do temperatur około 10 000°C, w przeciwieństwie do gorącego gazu w halo, który ma około 1 miliona stopni.
Więcej informacji:
Wyniki badań zaprezentowano w artykule, który ukazał się 26 września 2019 r. w czasopiśmie Science.
Skład zespołu badawczego: J. Xavier Prochaska (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA oraz Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Japonia), Jean-Pierre Macquart (International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University, Australia), Matthew McQuinn (Astronomy Department, University of Washington, USA), Sunil Simha (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA), Ryan M. Shannon (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Cherie K. Day (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia and Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Lachlan Marnoch (Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia and Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Australia), Stuart Ryder (Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Australia), Adam Deller (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Keith W. Bannister (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Shivani Bhandari (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Rongmon Bordoloi (North Carolina State University, Department of Physics, USA), John Bunton (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Hyerin Cho (School of Physics and Chemistry, Gwangju Institute of Science and Technology, Korea), Chris Flynn (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Elizabeth Mahony (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Chris Phillips (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Hao Qiu (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, Australia), Nicolas Tejos (Instituto de Fisica, Pontificia Universidad Catolica de Valparaiso, Chile).
ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.
Przeczytaj więcej:
Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
