Одна космическая загадка помогла астрономам изучить другую

Очень Большой Телескоп Европейской южной обсерватории (ESO) выполнил наблюдения, позволившие исследовать прохождение быстрого радиовсплеска сквозь галактическое гало. Загадочная вспышка космического радиоизлучения, продолжавшаяся меньше миллисекунды, прошла через гало почти без возмущений, что свидетельствует о неожиданно низкой плотности и слабом магнитном поле гало. Об исследовании сообщается в пресс-релизе ESO.

Галактическим гало называют обширную область, которая заполнена газом низкой плотности. Она простирается далеко за пределы светящейся части галактики, где концентрируются звезды. Хотя горячий диффузный газ составляет большую часть массы галактики, чем звезды, его очень трудно исследовать.

В ноябре 2018 года радиотелескоп ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) в Австралии зафиксировал быстрый радиовсплеск FRB 181112. Немедленно последовали оптические наблюдения на Очень Большом Телескопе ESO и других телескопах, показавшие, что радиоимпульсы на пути к Земле прошли сквозь гало массивной галактики. Это обстоятельство позволило астрономам при помощи анализа радиосигнала исследовать природу газа в гало.

«Быстрый радиовсплеск позволил выявить природу магнитного поля вокруг галактики и структуру газа в ее гало. Мы получили новую гибкую методику изучения природы галактических гало», — говорит Дж. Хавьер Прохазка (J. Xavier Prochaska), профессор астрономии и астрофизики Университета Санта Круз в Калифорнии, основной автор исследования. Новая методика может быть использована для исследований обычно трудных для наблюдений гало в других галактиках.

Галаактическое гало содержит как темную материю, так и обычное барионное вещество, последнее в основном в форме горячего ионизованного газа. В то время как светящаяся часть массивной галактики может иметь поперечник около 30 000 световых лет, ее приблизительно сферическое гало вдесятеро больше в диаметре. Падая в направлении центра галактики, находящийся в гало газ служит строительным материалом для звездообразования, а другие процессы, такие как вспышки сверхновых, могут выбрасывать вещество из областей звездообразования обратно в гало. Одной из причин, по которым астрономы считают важным изучать газ в гало, является необходимость лучше понимать эти процессы выброса вещества, которые могут тормозить звездообразование. «Гало в этой галактике неожиданно спокойное, — говорит Прохазка. — Радиосигнал, проходя через галактику, остался в основном невозмущенным, и это резко противоречит предсказаниям разработанных ранее моделей всплесков».

Сигнал FRB 181112 состоял из нескольких импульсов, каждый длительнстью менее 40 микросекунд (в 10 000 раз короче одного мгновения). Малая продолжительность импульсов накладывает верхнее ограничение на плотность газа в гало, так как прохождение сквозь более плотную среду растянуло бы радиосигнал во времени. Исследователи рассчитали, что плотность газа в гало должна быть менее 0,1 атома на кубический сантиметр.

«Наподобие дрожащего воздуха в жаркий солнечный день, протяженная атмосфера этой массивной галактики должна была бы деформировать сигнал быстрого радиовсплеска. Но вместо этого мы приняли столь неискаженный и четкий импульс, что в нем вообще не присутствует никаких признаков прохождения сквозь газ», — сказал один из авторов работы, Жан-Пьер Маккар (Jean-Pierre Macquart) из Международного центра радиоастрономических исследований университета Куртэн в Австралии.

Исследователи не нашли никаких признаков холодных турбулентных облаков или малых плотных скоплений холодного газа в гало. Быстрый радиовсплеск также позволил получить информацию о магнитном поле гало, которое оказалось очень слабым — в миллиард раз слабее магнита на холодильнике. Пока что, по результатам наблюдений лишь одного галактического гало, исследователи не могут сказать, являются ли найденные низкая плотность и слабое магнитное поле гало необычным явлением или предыдущие исследования галактических гало переоценили эти параметры. Прохазка рассчитывает на то, что ASKAP и другие радиотелескопы смогут использовать другие быстрые радиовсплески для изучения гораздо большего числа галактических гало и уточнить их свойства. «Возможно, это просто необычная галактика, — сказал он. — Нам потребуются новые быстрые радиовсплески, чтобы исследовать десятки и сотни галактик различных масс и возрастов, чтобы получить представление о свойствах всего галактического населения».

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.


Источник