Titokzatos rádiókitörés világítja meg egy galaxis nyugodt halóját

5606

A csillagászok az Európai Déli Obszervatórium (European Southern Observatory – ESO) Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope – VLT) most először észlelték egy gyors rádiókitörés forrását, amelynek a fénye egy galaxis halóján át jutott el hozzánk. Ennek az ezredmásodpercnél rövidebb ideig tartó különös kitörési jelenségnek a rádióhullámai majdnem zavartalanul értek el a Földig, ami arra utal, hogy a haló meglepően kis sűrűségű, mágneses tere pedig gyenge. A megfigyelés új eszközt ad a csillagászok kezébe a titokzatos galaxishalók vizsgálatához.

A kutatók egy rejtélyes kozmikus jelenség segítségével vizsgálnak egy másik rejtélyes kozmikus jelenséget. Egy gyors rádiókitörést tanulmányoztak a csillagászok, hogy többet tudhassanak meg egy nagy tömegű galaxis halójának diffúz gázanyagáról [1]. 2018 novemberében az Ausztrál Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) rádiótávcső elcsípte és lokalizálta az égbolton egy gyors rádiókitörés jeleit. Az esemény az FRB 181112 elnevezést kapta. A VLT-vel és más műszerekkel ezt követően végzett kiegészítő mérések kimutatták, hogy a rádiójelek a Földig tartó útjuk közben áthaladtak egy nagy tömegű galaxist övező forró és híg gázhalón. Ennek tudatában a csillagászok a rögzített rádiójeleket vizsgálva a haló gázanyaga által benne hagyott nyomok után tudtak kutatni.

Ez a fantáziarajz az FRB 181112 jelű gyors rádiókitörés nyomvonalát mutatja be a világűrön keresztül, annak távoli forrásgalaxisától a Földig. Az FRB 181112-et elsőként az Ausztrál Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) rádióteleszkóp lokalizálta az égbolton. Az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope – VLT) ezt követően végzett optikai megfigyelésekből kiderült, hogy a rádiókitörés impulzusai útjuk során áthaladtak egy nagy tömegű galaxis ritka gázhalóján. Ez lehetővé tette, hogy a csillagászok a rádiójelekre gyakorolt hatásai révén tanulmányozzák a haló fizikai tulajdonságait. Forrás: ESO/M. Kornmesser.

„A gyors rádiókitörésből származó jelek felfedték a galaxist körülvevő mágneses tér, valamint a haló gázainak szerkezetét. Ez egyúttal egy, a haló gázainak vizsgálatára használható forradalmian új módszer próbája is volt” – magyarázza J. Xavier Prochaska, a csillagászat és asztrofizika professzora a kaliforniai Santa Cruz Egyeteméről, aki egyúttal az új eredményeket bemutató, a mai napon a Science című folyóiratban megjelent szakcikk vezető szerzője.

A csillagászok egyelőre még azt sem tudják, hogy milyen fizikai folyamatok okozzák ezeket a gyors rádiókitöréseket, mert még a hihetetlenül rövid időtartamú, ám rendkívül fényes jelenségek forrásgalaxisai közül is csak a közelmúltban tudtak néhányat azonosítani. „Amikor egymásra helyeztük az optikai és a rádiófelvételeket, egyből világos volt, hogy ennek a gyors kitörésnek a sugárzása áthatolt egy véletlenül éppen az útjába eső előtérgalaxis halóján. Ez az első ilyen megfigyelt esemény, és közvetlen lehetőséget biztosít számunkra a galaxist körülvevő, egyébként láthatatlan anyag vizsgálatára” – folytatja Cherie Day, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem PhD hallgatója, a tanulmány társszerzője.

A galaktikus halók mind sötét, mind hagyományos, barionos anyagot is tartalmaznak. Ez utóbbi elsősorban forró, ionizált gáz állapotban van jelen. Míg egy nagy tömegű galaxis csillagai által kijelölt fénylő tartományának átmérője mintegy 30 000 fényév, a közel gömbszimmetrikus eloszlású haló átmérője ennél tízszerte nagyobb is lehet. A halóból a galaxis központja felé hulló gázanyag csillagkeletkezést indíthat be. A haló tömegének utánpótlását a szupernóvák és egyéb folyamatok által kirepített anyag biztosítja. A csillagászok azért is szeretnék jobban megismerni a gázhalót, hogy többet tudjanak meg a kidobódási folyamatokról, amelyek miatt akár le is állhat a galaxisban a csillagkeletkezés.

„Ennek a galaxisnak a halója meglepően nyugodt” – fejti ki Prochaska. – „A rádiójelek szinte zavartalanul hatoltak át rajta, ami szöges ellentétben áll a korábbi modelljeink előrejelzéseivel.”

Az FRB 181112 jele néhány rövid rádióimpulzusból állt, melyek mindegyike mintegy 40 milliomod másodpercig tartott – ez a szempillantás 10 ezred része. Az impulzusok rövid időtartama felső határt szab a haló anyagsűrűségének, mivel sűrűbb közegben az impulzusok időben kiszélesednének, „szétfolynának”. A kutatók számításai szerint a haló anyagsűrűsége kevesebb mint 0,1 atom köbcentiméterenként. Ez csupán néhány száz atomot jelentene egy léggömb térfogatában [2].

„Mint a forró nyári napon vibráló levegő, e nagy tömegű galaxis ritka légköre is eltérítené a gyors rádiókitörés sugarait. Ehelyett olyan éles impulzust fogtunk, mintha nem is volna ott egyáltalán semmi” – hoz hétköznapi hasonlatot a kutatócsoport egy másik tagja, Jean-Pierre Macquart, az ausztrál Curtin Egyetem Nemzetközi Rádiócsillagászati Központjának csillagásza.

Rögtön azután, hogy az Ausztrál Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) rádióteleszkóp elcsípte és lokalizálta az égbolton az FRB 181112 gyors rádiókitörés jeleit, az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope –VLT) is felvételt készítettek, valamint egyéb megfigyeléseket végeztek az égterületről, hogy meghatározzák a kitörés forrásgalaxisának távolságát. A kitörés pozíciójának hibaellipsziseit fehérrel jelöltük. Az adatok rávilágítottak, hogy a rádiójelek útjuk közben áthaladtak a kép felső részén látható nagy tömegű galaxist övező gázhalón. Forrás: ESO/X. Prochaska et al.

A vizsgálatok nem mutatták ki hideg, turbulens gázfelhők, vagy kisebb, sűrűbb, hűvös anyagcsomók jelenlétét sem. Az FRB 181112 kitörés rádiójeleire hatott továbbá a halót átszövő mágneses tér is. Ez a tér is rendkívül gyenge – egy hűtőmágnes erejének milliárdod része csupán.

A csillagászok jelenleg, egyetlen galaktikus haló vizsgálatával a hátuk mögött még nem tudják megmondani, hogy az itt megfigyelt alacsony anyagsűrűség és gyenge mágneses térerősség vajon rendkívüli-e, vagy a galaktikus halók korábbi vizsgálatainak eredményei becsülték túl ezek mértékét. Prochaska arra számít, hogy az ASKAP és más rádióteleszkópok a jövőben további gyors rádiókitörések megfigyelése révén jó néhány további galaktikus halót tudnak majd hasonlóképp megszondázni, így fény derülhet azok valódi jellemzőire. „Ez a galaxis talán különleges” – töpreng el Prochaska. – „További néhány tíz, de inkább néhány száz, különféle tömegű és korú galaxishaló gyors rádiókitörés általi megfigyelése kell a teljes populáció feltérképezéséhez.” Az ESO VLT és társainak optikai kiegészítő mérései is fontosak lesznek a jövőben is, hogy a csillagászok megállapíthassák a rádiókitörések forrásgalaxisának távolságát, valamint azt, hogy a jelek áthaladtak-e egy előtérgalaxis halóján.

Megjegyzések

[1] A galaxisok hatalmas kiterjedésű, alacsony sűrűségű gázból álló halója messze túlnyúlik azok fénylő belső tartományán, ahol a csillagok ragyognak. Noha ez a forró diffúz gáz nagyobb tömeget képvisel, mint maguk a csillagok, a haló tanulmányozása mégis rendkívül nehéz.

[2] Az alacsony gázsűrűség a halóbeli hideg turbulens felhők jelenlétének lehetőségét is erősen korlátozza. A hűvös itt viszonylagos, mintegy 10 ezer °C-ot jelent, szemben a forró komponens egymillió fok körüli hőmérsékletével.

Forrás: ESO

Hozzászólás

hozzászólás