Különös rádiójelet fogtak, de az igazi meglepetés csak ezután jött

2019.12.15. 21:29

A csillagászok az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope) most először észleltek egy gyors rádiókitörést, 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 kutatók, hogy többet tudhassanak meg egy nagy tömegű galaxis halójának diffúz gázanyagáról.

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.

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. Az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (Very Large Telescope – VLT) 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.

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 szakcikk vezető szerzője.

Fantáziarajz egy gyors rádiókitörés sugarairól, amint a világűrön át eljutnak a FöldigForrás: ESO/M. Kornmesser

Galaktikus halók

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."

Infografika az FRB 181112 útjáról a közbeeső galaktikus halón át. Az FRB 181112 jele néhány rövid rádióimpulzusból állt, melyek mindegyike mintegy 40 milliomod másodpercig tartott – ez a szempillantás 10 ezred része. Az impulzusok rövid tartama felső határt szab a haló anyagsűrűségének, mivel sűrűbb közegben az impulzusok időben kiszélesednének, „szétfolynának”Forrás: ESO/M. Kornmesser

Hihetetlenül rövid jelek

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.

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.

„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.

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.

Felvétel az FRB 181112 égi pozíciójának környezetérőlForrás: ESO/X. Prochaska et al.

Különleges csillagvárosok

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.

 (ESO)