Галактика пошла вразнос. Ученые объяснили загадочные круги в космосе

МОСКВА, 14 янв — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Исследователи из США и Великобритании предложили модель, объясняющую странные космические объекты. Светящиеся в радиодиапазоне сферы заметили несколько лет назад, но как они возникли — не понимали. По мнению авторов новой теории, это ударные волны от мощного взрыва в центре галактик.Странные радиокругиВ сентябре 2019-го австралийский комплекс радиотелескопов ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), собирая информацию для Эволюционной карты Вселенной (EMU), выявил три странных кольцевых объекта. Отчетливо видимые в радиоволновом диапазоне, они никак не проявлялись в рентгеновском, оптическом или инфракрасном. Четвертый радиокруг ASKAP зафиксировал в 2021-м.Все эти объекты напоминают пузыри. По краям — более яркие, в центре — темные. Размер — около одной угловой минуты, это примерно три процента Луны на ночном небе. Но поскольку расстояние определить не могли, то и реальные масштабы оставались неясными.Обычно круги на радиоастрономических изображениях связаны с планетарными туманностями, остатками сверхновых, околозвездными оболочками, протопланетными дисками, сферическими звездообразующими галактиками. Или же это результат ошибок калибровки приборов.Но в данном случае радиоспектральный индекс кругов не соответствовал планетарным туманностям, а для остатков сверхновых они располагались слишком близко друг к другу на небольшом участке неба, обследованном в рамках проекта EMU. Австралийские ученые решили, что имеют дело с новым классом астрономических объектов. И дали название: Odd Radio Circles (ORCs), то есть «странные радиокруги».Для детального изучения одного из них — ORC 1 — задействовали самый мощный в мире радиотелескоп MeerKAT Южноафриканской астрономической обсерватории. Получили более качественные изображения, на которых видна сложная структура объекта, а также составили карты его внутренних параметров — поляризации и спектрального индекса (зависимости потока излучения от частоты).© Фото: J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)Изображение ORC 1, построенное по данным радиотелескопа MeerKAT, наложенное на соответствующий участок звездного неба в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах© Фото: J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)Изображение ORC 1, построенное по данным радиотелескопа MeerKAT, наложенное на соответствующий участок звездного неба в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонахПятый странный радиокруг (ORCJ0102-2450) нашли в архиве данных, собранных гигантским радиотелескопом GMRT (Giant MetreWave Radio Telescope) в 2013-м, за несколько лет до включения ASKAP. Визуально он оказался значительно больше предыдущих, с менее четким контуром. В его центре астрономы обнаружили эллиптическую радиогалактику DES J010224.33-245039.5. Определив расстояние до нее, рассчитали приблизительный диаметр радиокруга — около 980 тысяч световых лет.Позднее установили, что в центре у двух из четырех других ORC — тоже радиогалактики, отличающиеся повышенным фоном радиоизлучения.Предварительные версииРоссийские физики Александр Кириллов и Елена Савелова из МГТУ имени Баумана предположили, что странные радиокруги — это кротовые норы, туннели в ткани пространства-времени.По другой гипотезе, ORC — это оболочка синхротронного излучения, сопровождающего мощный взрыв в центре галактики-хозяина, возникший из-за слияния двух сверхмассивных черных дыр. Ударная волна ускорила электроны в межгалактической среде, что привело к возникновению сферического радиопузыря.Сверхмассивная черная дыра в центре галактики также могла выбросить со своих полюсов релятивистские струи высокоэнергичных заряженных частиц. Плазма при остывании в межгалактическом пространстве образовала два диффузных лепестка радиоизлучения, а радиокруги — это их торцевые срезы.Еще возможный вариант: вспышка звездообразования в галактике. Даже столь скромная по темпам формирования новых звезд галактика, как Млечный Путь, генерирует звездный ветер из заряженных частиц и газа. При вспышке кинетическая энергия выброшенного вещества переходит в тепловую, и быстро расширяющийся сверхнагретый газ распространяется в межгалактической среде.Как бы то ни было, специалисты сходятся в том, что возникновению ORC предшествовали какие-то мощные события в пределах материнской радиогалактики, сопровождавшиеся выбросом вещества и гигантскими ударными волнами. Судя по размерам кругов, породившие их события произошли довольно давно — около миллиарда лет назад.Ударное эхо галактикУченые под руководством профессора астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Сан-Диего Элисон Койл провели компьютерное моделирование, результаты которого подтвердили одну из гипотез. Светящиеся в радиолучах гигантские сферические сгустки оказались ударными волнами от вспышек звездообразования.Эти вспышки очень мощные, такие, при которых образуется гигантское количество короткоживущих массивных звезд, превращающихся в сверхновые. Исследователи отмечают, что подобное происходит, например, при столкновении и слиянии двух больших галактик.«В результате весь галактический газ концентрируется в очень маленькой области, что вызывает взрыв звездообразования. Массивные звезды быстро сгорают, выбрасывая свой газ в виде исходящих ветров», — пишут авторы статьи.Газ выталкивается наружу и создает мощный сферический поток. Когда фронт его ударной волны врезается в окружающую разреженную межгалактическую среду, возникает радиосвечение. В принципе, похоже на радиосигнал от планетарных туманностей или остатков сверхновых, только гораздо масштабнее.«Тут нужна высокая скорость истечения массы, а окружающий газ за пределами галактики должен быть разреженным, иначе ударная волна остановится. Это два ключевых фактора», — приводятся в пресс-релизе слова Койл.В качестве первичных данных для моделирования использовали наблюдения за ORC 4 обсерватории Кека на Гавайях. Выяснилось, что в материнской галактике этого радиокруга изобилие нагретого и сжатого газа. Еще один интересный факт — множество звезд этой галактики одного возраста — шесть миллиардов лет. То есть в этот момент там произошла вспышка звездообразования.© Cassandra Lochhaas / Space Telescope Science InstituteКомпьютерное моделирование динамики пузыря галактического ветра с начальной скоростью распространения 450 километров в секунду и объемом истечения 200 солнечных масс в год, который выбрасывается в окружающую окологалактическую среду в течение 200 миллионов лет. Левая панель показывает температуру, а правая — плотность газа для времени 391,3 и 740,5 миллиона лет после взрыва сверхновой. Результаты моделирования позволяют объяснить происхождения странных радиокругов (ORC)© Cassandra Lochhaas / Space Telescope Science InstituteКомпьютерное моделирование динамики пузыря галактического ветра с начальной скоростью распространения 450 километров в секунду и объемом истечения 200 солнечных масс в год, который выбрасывается в окружающую окологалактическую среду в течение 200 миллионов лет. Левая панель показывает температуру, а правая — плотность газа для времени 391,3 и 740,5 миллиона лет после взрыва сверхновой. Результаты моделирования позволяют объяснить происхождения странных радиокругов (ORC)Закончилась она, по оценкам, около миллиарда лет назад. Перед этим в течение примерно 200 миллионов лет галактический газ, подстегиваемый взрывами сверхновых, выбрасывался наружу со скоростью 450 километров в секунду. Затем галактический ветер утих, но пузырь продолжал расширяться, а обратная ударная волна от столкновения с межгалактическим веществом отправила более холодный газ обратно. Представленная модель охватывает период длительностью 750 миллионов лет. Примерно таков же возраст ORC 4.«Странные радиокруги дали нам уникальную возможность наблюдать исходящие галактические ветра, — отмечает Койл. — Теперь мы определим, насколько распространены эти экстремальные явления и каков их жизненный цикл».Ученые надеются ответить на вопрос, характерна ли фаза ORC для большинства галактик на определенном этапе их развития или для нее нужны особые условия. В конечном итоге это расширит общие представления об эволюции Вселенной.