Жуткие кольца в космосе размером больше галактик могут быть результатом древних вспышек звездообразования, пишет science.

С 2019 года астрономы ломают голову над странными «радиокругами» (ORC) — кольцами, которые появляются при съемках неба на радиоволнах.

Новая версия

Сейчас выяснилось, что по крайней мере, одно из колец, вероятно, было вызвано вспышкой звезд, которые образовались в далекой галактике, а затем взорвались, выбросив газ в окружающее пространство. Об этом сообщила в начале января 2024 года группа астрономов на заседании Американского астрономического общества в Новом Орлеане. Когда этот газ столкнулся с более медленно движущимся газом вокруг галактики, он создал ударную волну, которая породила жуткий «радиокруг» более чем в 10 раз шире Млечного Пути.

«Это очень захватывающая находка, и предложенный сценарий, на первый взгляд, выглядит правдоподобным», — прокомментировал астроном Сумит Сарбадхикари из Университета штата Огайо. Амитеш Омар из Исследовательского института наблюдательных наук Арьябхатты соглашается с ним: «Я думаю, что это важная статья, направленная на раскрытие природы ORC вокруг галактик».

Тайна ORC

Австралийский комплекс Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP), представляющий собой набор из 36 радиоприемников диаметром 12 метров, обнаружил первых «орков» в 2019 году. На сегодняшний день было найдено менее дюжины орков, и они мало что дали. Некоторые астрономы полагали, что они могут быть вызваны разлетающимися обломками от взрыва сверхновой в нашей собственной галактике или вблизи нее. Но в статье, опубликованной в октябре 2023 года, Сарбадхичари и его коллеги сравнили шесть ORC с моделями остатков сверхновых и пришли к выводу, что только одна из них может правдоподобно соответствовать этой модели.

Большинство астрономов считают, что ORC — это большие удаленные объекты, и многие из них, похоже, окружают галактику в своем центре. Многие галактики содержат центральные сверхмассивные черные дыры, которые могут поглощать окружающее вещество и выбрасывать струи вещества в противоположных направлениях. Они могут проявляться в радиоволнах в виде двух гигантских лепестков, когда сталкиваются с газом, окружающим галактику. Галактики также могут выбрасывать обломки, когда их центральная черная дыра поглощает целую звезду — «событие приливного разрушения» — или когда галактики сливаются и две черные дыры сливаются воедино. Но астрономы изо всех сил пытались поддержать эти объяснения, потому что радиоизлучение ORCs невыразительно, и они, по-видимому, не излучают свет на других длинах волн.

Ключ, найденный на Гавайях

Ключ к другому объяснению появился после того, как Элисон Койл из Калифорнийского университета в Сан-Диего и ее коллеги забронировали время на одном из телескопов Keck на Гавайях, чтобы наблюдать на оптических длинах волн ORC, известный как ORC4. Они обнаружили флуоресцентный свет атомов кислорода, известный как OII, который обычно возникает, когда ультрафиолетовый свет от ярких молодых звезд ионизирует кислород в окружающих газовых облаках. Когда ионы возвращают себе электроны, они флуоресцируют. В результате астрономы используют OII для измерения того, насколько интенсивно происходит звездообразование в галактике.

«Но сигнал OII от ORC4 охватил почти всю галактику и был в 10 раз ярче обычного, — говорит Койл. — Было безумное количество OII, намного больше, чем обычно». Газ также показал гораздо более широкий диапазон скоростей, чем ожидалось, что говорит о его интенсивном взбалтывании. «Что бы это могло означать?».

Подробности модели

Используя компьютерную модель системы, описанную в статье, опубликованной недавно в Nature, Койл и ее коллеги полагают, что у них есть ответ. Сценарий, который наилучшим образом соответствует данным, заключается в том, что 1 миллиард лет назад галактика в центре ORC4 пережила краткий, но интенсивный период звездообразования. Такие «звездные вспышки», как правило, приводят к образованию больших звезд, которые ярко горят и у которых быстро заканчивается топливо, поэтому через несколько миллионов лет звезды взрываются как сверхновые. Эта серия взрывов, быстро сменяющих друг друга, создает мощный галактический ветер, выдувающий газ из галактики.

Когда этот ветер попадает в разреженный газ за пределами галактики, он создает ударную волну. То, что наблюдают радиоприемники в случае ORC4, — это ударная волна после того, как она выросла до огромных размеров и замедлилась, спустя 1 миллиард лет. Внутри ударной волны быстро движущиеся электроны вращаются вокруг силовых линий магнитного поля и генерируют излучение, известное как синхротронный свет. В стареющей ударной волне ORC4 эти вращения неторопливы и создают радиоволны, наблюдаемые в ORC4.

Модель также предсказала, что при таком коротком, резком звездном взрыве хвост галактического ветра может остановиться и начать падать обратно к галактике. Затем, снова врезаясь в галактику, он создает вторую ударную волну, которая может ионизировать больше атомов кислорода и объяснить необычное излучение света OII. Хотя масштаб излучения OII составляет одну десятую от радиокруга, «связь между ними почти наверняка будет существовать», — говорит Омар.

Модель не раскрывает, что в первую очередь вызвало всплеск звездообразования. Но предположение Койл заключается в том, что он был вызван слиянием галактик одинакового размера. Такие слияния сжимают газовые облака и разжигают звездообразование. Команда надеется укрепить свою модель, рассмотрев ORC4 более подробно с помощью Keck и изучив несколько других с помощью европейского очень большого телескопа в Чили.

Подтверждение сделало бы больше, чем просто раскрыло бы тайну ORC. Это также дало бы астрономам новое представление о звездных вспышках и их последствиях. Галактические ветры, которые они создают, трудно обнаружить, как только они вышли из галактики. ORCs, с другой стороны, являются «реликтом прошлого оттока, выросшего до огромных размеров», говорит Койл, что позволяет астрономам «отслеживать газ далеко за пределами галактики». Сарбадхичари соглашается и говорит, что научиться использовать ORCs для отслеживания прошлых оттоков газа было бы «очень важно для этой области».