Galaktiniai vėjai, sklindantys iš sprogstančių žvaigždžių, gali paaiškinti masyvius žiedus.

Ne kasdien astronomai sako: „Kas tai?” Juk žinomi dauguma stebimų astronominių reiškinių: žvaigždės, planetos, juodosios skylės, galaktikos. Tačiau 2019 m. naujai baigtas ASKAP (Australian Square Kilometer Array) teleskopas užfiksavo tai, ko dar niekas nematė: radijo bangų apskritimai tokie dideli, kad jų centruose yra ištisos galaktikos.

Kol astrofizikos bendruomenė bandė nustatyti, kas yra šie apskritimai, jie taip pat norėjo sužinoti Kodėl Tai buvo apskritimai. Dabar Kalifornijos San Diego universiteto astronomijos ir astrofizikos profesorės Alison Coyle vadovaujama komanda mano, kad galbūt rado atsakymą: apskritimai yra apvalkalai, susidarę tekančių galaktikos vėjų, galbūt iš masyvių sprogstančių žvaigždžių, žinomų kaip supernovos. Jų darbai paskelbti m gamta.

Atskiri radijo apskritimai, tokie kaip ORC 1 aukščiau esančiame paveikslėlyje, yra pakankamai dideli, kad jų centruose būtų galaktikų, ir yra šimtų tūkstančių šviesmečių skersmens. Šaltinis: © J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)

Cowell ir jos bendradarbiai tyrinėjo masyvias „žvaigždžių sprogimo“ galaktikas, kurios gali varyti šiuos itin greitai tekančius vėjus. Žvaigždžių sprogimo galaktikos pasižymi išskirtinai dideliu žvaigždžių formavimosi greičiu. Kai žvaigždės miršta ir sprogsta, jos išstumia dujas iš žvaigždės ir jos aplinkos į tarpžvaigždinę erdvę. Jei vienu metu arti viena kitos sprogtų pakankamai žvaigždžių, šių sprogimų jėga gali išstumti dujas iš pačios galaktikos ir į tekantį vėją, kuris gali skrieti iki 2000 kilometrų per sekundę greičiu.

„Šios galaktikos yra tikrai įdomios”, – sakė Cowellas, kuris taip pat yra Astronomijos ir astrofizikos katedros pirmininkas. „Tai įvyksta, kai susiduria dvi didelės galaktikos. Susijungimas nustumia visas dujas į labai mažą plotą, sukeldamas intensyvų žvaigždžių formavimosi sprogimą. Masyvios žvaigždės greitai sudega, o mirusios išstumia savo dujas tekančiais vėjais.”

Didžiulis, retas ir nežinomos kilmės

Technologijų pažanga leido ASKAP nuskaityti dideles dangaus dalis labai silpnomis ribomis, todėl 2019 m. pirmą kartą buvo galima aptikti atskiras radijo grandines (ORC). ORC buvo milžiniškos – šimtų kilometrų skersmens, o vienas kiloparsekas lygus 3 260 šviesos parsekų. . metų (nuoroda, paukščių takas Galaktika yra apie 30 kiloparsekų).

Buvo pasiūlytos kelios teorijos, paaiškinančios ORC kilmę, įskaitant planetinius ūkus ir… Juodoji skylė susijungimų, tačiau vien radijo duomenys negali atskirti teorijų. Cowell ir jos bendradarbiai buvo suintriguoti ir manė, kad gali būti, kad radijo žiedai buvo evoliucija iš vėlesnių jų tiriamų žvaigždžių sprogimo galaktikų etapų. Jie pradėjo tyrinėti ORC 4 – pirmąjį ORC, atrastą ir pastebėtą iš Šiaurės pusrutulio.

Vėjų, kuriuos sukelia žvaigždžių sprogimai, modeliavimas trimis skirtingais laikotarpiais, pradedant prieš 181 milijoną metų. Viršutinėje kiekvieno vaizdo pusėje rodoma dujų temperatūra, o apatinėje – radialinis greitis. Autoriai: Cassandra Luchas / Kosminio teleskopo mokslo institutas

Iki tol ORC buvo stebimos tik per radijo spinduliuotę, be jokių optinių duomenų. Cowello komanda naudojo integruotą lauko spektrografą WM Keck observatorijoje Maunakea, Havajuose, kad pažvelgtų į ORC 4, kuris atskleidė didžiulį itin šviesių, karštų, kompaktiškų dujų kiekį – daug daugiau nei matoma vidutinėje galaktikoje.

Turėdama daugiau klausimų nei atsakymų, komanda imasi detektyvinio darbo. Naudodami optinius ir infraraudonųjų spindulių vaizdo duomenis, jie nustatė, kad ORC 4 galaktikos žvaigždės yra maždaug 6 milijardų metų senumo. „Šioje galaktikoje įvyko žvaigždžių formavimosi sprogimas, bet jis baigėsi maždaug prieš milijardą metų”, – sakė Cowellas.

Modeliavimas ir išvados

Cassandra Luchas, Harvardo-Smithsonian astrofizikos centro doktorantė, kuri specializuojasi teorinėje galaktikos vėjų pusėje ir straipsnio bendraautorė, atliko skaitmeninių kompiuterinių modeliavimų rinkinį, kad atkartotų plačiajuosčio radijo dydį ir savybes. Žiedas, įskaitant didelį kiekį šaltų dujų, patekęs į centrinę galaktiką.

Jų modeliavimas parodė, kad tekantys galaktikos vėjai pučia 200 milijonų metų, kol jie sustoja. Kai vėjas sustojo, į priekį judantis smūgis ir toliau stūmė aukštos temperatūros dujas iš galaktikos ir sukūrė radijo žiedą, o dėl atvirkštinio smūgio šaltos dujos nukrito atgal į galaktiką. Modeliavimas truko daugiau nei 750 milijonų metų, o ORC 4 žvaigždžių amžius yra 1 milijardas metų.

Kompiuterinis reaktyvinio galaktikos vėjo, paleistos pradiniu 450 kilometrų per sekundę greičiu ir 200 saulės masių per metus masės srautu, modeliavimas, kuris dujas iš galaktikos išpučia 200 milijonų metų į aplinkinę galaktikos terpę. Kairiajame skydelyje rodoma dujų temperatūra, o dešiniajame – dujų tankis. Šis modeliavimas pateikia galimą atskirų radijo grandinių kilmės paaiškinimą. Autoriai: Cassandra Luchas / Kosminio teleskopo mokslo institutas

„Kad tai veiktų, reikia didelės masės nutekėjimo greičio, o tai reiškia, kad jis labai greitai išmeta daug medžiagos. O aplinkinės dujos už galaktikos turi būti mažo tankio, kitaip smūgis sustos. Tai yra du pagrindiniai veiksniai“, – sakė Cowell. „Pasirodo, kad galaktikos, kurias mes tyrinėjome, turi didelius masės srautus. Jie yra reti, bet jie egzistuoja. Aš tikrai manau, kad tai rodo, kad ORC kyla dėl tam tikro tekančio galaktikos vėjo.”

Tekantieji vėjai gali ne tik padėti astronomams suprasti ORC, bet ir padėti astronomams suprasti tekančius vėjus. „ORC suteikia mums galimybę pamatyti vėjus per radijo duomenis ir spektroskopiją“, – sakė Cowellas.

„Tai gali padėti mums nustatyti, kokie dažni yra šie intensyviai tekantys galaktikos vėjai ir koks yra vėjo gyvavimo ciklas. Jie taip pat gali padėti mums sužinoti daugiau apie galaktikų evoliuciją: ar visos masyvios galaktikos pereina ORC fazę? Ar spiralinės galaktikos virsta elipsoidai, kai jie nustoja formuoti žvaigždes?” „Manau, kad galime daug sužinoti apie ORC ir pasimokyti iš ORC.

Nuoroda: „Jonizuotos dujos tęsiasi daugiau nei 40 kiloparsekų į vieną radijo grandinės priimančiąją galaktiką“, Alison L. Coyle, Serena Perrotta, David S. N. Rupke, Cassandra Lochhas ir Christy A. Tremonti, Alexas Diamondas Stanekas, Drummondas Fieldingas ir Jamesas E. Geachas, Ryanas C. Hickoxas, Johnas Moustakas, Gregory H. Rudnickas, Paulas Sellas ir Kelly E. jena, 2024 m. sausio 8 d. gamta.
doi: 10.1038/s41586-023-06752-8