Астрономи пояснили походження пелюсток гігантських радіогалактик

Під час моєї роботи в Калтеху як науковий співробітник я проводив більшу частину часу в радіообсерваторії долини Оуенс, східна Каліфорнія. Там я використовував масив телескопів для вивчення високоінтенсивного синхротронного випромінювання, що виходить від квазарів і надгігантських галактик.

Синхротронне випромінювання - це електромагнітне випромінювання, яке випускається, коли заряджені частинки прискорюються до релятивістських швидкостей. Вивчення цього випромінювання, що виривається з пелюсток гігантських галактик, дає змогу отримати дані, які використовуються в моделях, що імітують виникнення космосу.

У пошуках пелюсток галактики

Через десятиліття, що минули з часу моїх перших спостережень, дослідники продовжують заглиблюватися в енергоємні особливості галактик.

Гігантські радіогалактики (ГРГ) - це космічні структури, породжені окремими зоряними скупченнями. Вони характеризуються активними ядрами, що викидають струмені синхротронного випромінювання.

ГРГ зазвичай викидають два джети в протилежних (180°) один від одного напрямках. Струмені або поступово загасають, або закінчуються величезними, дифузними, гарячими "пелюстками".

Утворені гарячі газові пелюстки випромінюють на низькочастотних радіохвилях. На малюнку 1 показано типову ГРГ із широко розкритими пелюстками.

Радіоастрономи відкрили ГРГ 75 років тому. Відтоді вони багато чого дізналися про їхні характерні особливості та інтенсивні події синхротронного випромінювання, які породжують джети і пелюстки.

Малюнок 1. Радіозображення накладено на оптичне зображення. 3C 348, у 1000 разів масивніша за галактику Чумацький Шлях

Однак базове питання так і залишилося без відповіді: чи є характеристики галактики-господині причиною утворення величезних далеких пелюсток гарячого дифузійного газу? чи є вони характеристиками міжгалактичного середовища на околицях ГРГ, чи це комбінація того й іншого?

Щоб відповісти на це питання і зрозуміти його космологічні наслідки, група з 12 астрономів під керівництвом Мартіна Оея провела вичерпне дослідження найбільших ГРГ.

Команда Оея переробила другий і останній випуск даних двометрового огляду неба з низькочастотною решіткою (LOFAR). Вони вичитали компактні радіоджерела і поліпшили якість зображення дифузних, слабких джерел випромінювання. У результаті було отримано "найчутливіше на сьогодні дослідження пелюсток радіогалактик".

Що показує Алкіоней

Одним із результатів дослідження Оея та його колег стало відкриття найбільшої з відомих ГРГ, яку вони назвали Alcyoneus. У грецькій міфології Алкіоней - велетень, який бився з Гераклом.

Проєктована власна довжина (довжина з точки зору Землі) Алкіонея становить 4,99 ± 0,04 мегапарсека (16,3 мільйона світлових років). Справжня довжина становить, як мінімум, 5,04 мегапарсека (16,4 мільйона світлових років).

Рисунок 2. Гігантська радіогалактика Акіоней

На малюнку 2 показано зоряний компонент галактики (маленька яскрава крапка в центрі зображення), два жети, які виходять із протилежних боків зоряного компонента (струмінь праворуч яскравіший за струмінь ліворуч), і дві гігантські пелюстки.

Малюнок 3. Великі галактики на карті місцевої групи

На малюнку 3 показано побудовану мною масштабну карту семи найбільших галактик, що входять до Місцевої групи: Галактика Андромеди, галактика Чумацький Шлях, Велика і Мала Магелланові Хмари, галактика Трикутник, а також дві великі карликові галактики, M32 і NGC 205, які супроводжують галактику Андромеди.

Крім цих семи галактик, Місцева група містить понад сотню невеликих карликових галактик.

На малюнку 4 показано розмір Алкіонея порівняно з відстанню, що розділяє галактики Андромеди і Чумацький Шлях.

Малюнок 4. розмір Алкіонея порівняно з відстанню, що розділяє Андромеду і Чумацький Шлях

Яким би гігантським не був Алгіоней, він усе ж таки менший за своїх родичів. Прабатьком двох величезних пелюсток є еліптична галактика на відстані 2,933 мільярда світлових років від Землі, зоряна маса 240 мільярдів сонячних мас, і надмасивна чорна діра в її ядрі з масою 400 мільйонів сонячних мас.

Хоча ці маси значно перевищують Чумацький Шлях, з його 54 мільярдами сонячних мас, і масу надмасивної чорної діри, що дорівнює 4 мільйонам сонячних мас, вони займають лише 25-й і 23-й відсотки, серед гігантських радіогалактик.

Кінетична енергія двох джетів Алкіонея трохи нижча за середню для відомої популяції ГРГ, що здивувало астрономів. Проте, дві пелюстки галактики мають рекордні обсяги - 1,5 (північна пелюстка) і 1,0 (південна пелюстка) мільйон кубічних парсек (52 і 35 мільйонів кубічних світлових років).

Оей і його колеги розрахували еквіпаратний тиск для двох пелюсток у 4,9 x 10-16 паскалів і еквіпаратну напруженість магнітного поля в 46 пікотесла. Для порівняння, тиск повітря біля поверхні Землі = 101 на 325 паскалів, а середня напруженість магнітного поля дорівнює 0,000045 тесла.

Алкіоней - солідніший. Пелюстки продовжують розширюватися. Команда виміряла швидкість розширення, і вона становить близько 1% від швидкості світла.

Враховуючи, що діаметр північної пелюстки =4,57 мільйона світлових років, її вік сягає 2,28 мільйона років.

Серед 151 досліджуваних ГРГ Алкіоней має, безумовно, найнижчий тиск у пелюстках. Він настільки малий, що можна порівняти з тиском теплого міжгалактичного середовища.

Відкриття та вивчення радіогалактики показує, що ні надзвичайно масивні зоряні системи, ні надмасивні чорні діри не є необхідною умовою для зростання "пелюсток" низькочастотного радіовипромінювання.

Скоріше, пояснення величезних пелюсток полягає в тому, що галактика перебуває в низькощільній частині міжгалактичного середовища.

Підтвердження теорії Великого вибуху

Для виявлення Алкіонея потрібен був кропіткий аналіз даних другого випуску програми LOFAR.

Більш чутливі низькочастотні дослідження можуть виявити набагато більше ГРГ з такими ж або більшими галактичними пелюстками. Майбутні відкриття дадуть астрономам потужний барометр для картування властивостей міжгалактичного середовища. Така можливість дасть змогу створити більш детальну модель космічного простору.

Уже зараз вимірювання, проведені командою Оея, показують, що дедалі більші знання про гігантські радіогалактики та міжгалактичне середовище найбільше узгоджуються з ΛCDM-моделлю, в якій темна енергія, Λ, є основним компонентом Всесвіту, а холодна темна матерія, CDM, - другим за значущістю елементом простору-часу.

Джерело: reasons.org

Поділитися:

Написати коментар