Astronomowie 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.

Wizja artystyczna szybkiego błysku radiowego podróżującego w kosmosie i docierającego do Ziemi

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. 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”.​

Sygnał FRB 181112 składał się z kilku impulsów, z których każdy trwał mniej niż 40 mikrosekund (10 000 razy mniej niż mrugnięcie oka). Krótki czas trwania impulsów nakłada górną granicę gęstości halo gazu w galaktyce pośredniczącej, ponieważ przejście przez gęstsze medium wydłużyłoby czas trwania sygnału radiowego.

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.

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.”

Wkrótce po wykryciu błysków radiowych FRB 181112, bardzo duży teleskop ESO (VLT) wykonał to zdjęcie i zmierzył inne dane w celu ustalenia odległości do galaktyki macierzystej (lokalizacja FRB 181112 wskazana przez białe elipsy). Analiza tych danych ujawniła, że impulsy radiowe przeszły przez halo masywnej galaktyki (u góry obrazu) w drodze na Ziemię.

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).

„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 radiowy 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.

 

 

Źródło: ESO