Evrenin nadir radyo çevrelerinin kökenini ortaya çıkarmak

Gökbilimciler her gün “Bu nedir?” diye sormazlar. Sonuçta gözlemlenen astronomik olayların çoğu biliniyor: yıldızlar, gezegenler, kara delikler ve galaksiler. Ancak 2019’da yeni tamamlanan ASKAP (Avustralya Kilometre Kare Dizi Yol Bulucu) teleskopu, daha önce hiç kimsenin görmediği bir şeyi yakaladı: merkezlerinde tüm galaksileri içerecek kadar büyük radyo dalgası daireleri.

Astrofizik topluluğu bu dairelerin ne olduğunu belirlemeye çalışırken, aynı zamanda dairelerin “neden” olduğunu da bilmek istediler. Şimdi Kaliforniya Üniversitesi San Diego Astronomi ve Astrofizik Profesörü Alison Coil liderliğindeki bir ekip, cevabı bulmuş olabileceklerine inanıyor: daireler, muhtemelen süpernova olarak bilinen devasa patlayan yıldızlardan çıkan galaktik rüzgarların oluşturduğu kabuklardır. Çalışmaları şu adreste yayınlanıyor: Doğa.

Coil ve onun işbirlikçileri, bu ultra hızlı dışarı akan rüzgarları yönlendirebilen devasa “yıldız patlaması” galaksileri üzerinde çalışıyorlar. Yıldız patlaması galaksileri olağanüstü derecede yüksek yıldız oluşum oranına sahiptir. Yıldızlar öldüğünde ve patladığında, yıldızdan ve çevresinden gelen gazı yıldızlararası uzaya geri püskürtürler. Yeterli sayıda yıldız aynı anda birbirinin yakınında patlarsa, bu patlamaların gücü, gazı galaksinin dışına, saniyede 2.000 kilometreye kadar hıza ulaşabilen rüzgarlara doğru itebilir.

Aynı zamanda Astronomi ve Astrofizik Bölümü başkanı olan Coil, “Bu galaksiler gerçekten ilginç” dedi. “İki büyük galaksinin çarpışması sonucu ortaya çıkıyorlar. Birleşme, tüm gazı çok küçük bir bölgeye itiyor, bu da yoğun bir yıldız oluşumu patlamasına neden oluyor. Büyük yıldızlar hızla yanıp sönüyor ve öldüklerinde gazlarını dışarı doğru rüzgar olarak dışarı atıyorlar.”

Masif, nadir ve bilinmeyen kökenli

Teknolojik gelişmeler, ASKAP’ın gökyüzünün büyük bölümlerini çok zayıf sınırlarda taramasına olanak tanıdı ve bu da tek radyo çevrelerinin (ORC’ler) 2019’da ilk kez tespit edilmesini sağladı. ORC’ler çok büyüktü; bir kiloparsek’in 3.260 ışık yılına eşit olduğu yüzlerce kiloparsek çapındaydı. (referans olarak Samanyolu galaksisinin çapı yaklaşık 30 kiloparsektir).

ORC’lerin kökenini açıklamak için gezegenimsi bulutsular ve kara delik birleşmeleri de dahil olmak üzere birçok teori önerildi, ancak radyo verileri tek başına teoriler arasında ayrım yapamadı.

Coil ve çalışma arkadaşları ilgilerini çekti ve radyo halkalarının, üzerinde çalıştıkları yıldız patlaması galaksilerinin daha sonraki aşamalarından kalma bir gelişme olabileceğini düşündüler. Kuzey Yarımküre’den gözlemlenebilen keşfedilen ilk ORC olan ORC 4’ü araştırmaya başladılar.

O zamana kadar ORC’ler herhangi bir optik veri olmadan yalnızca radyo emisyonları aracılığıyla gözlemleniyordu. Coil’in ekibi, Hawaii’deki Maunakea’daki WM Keck Gözlemevi’nde bir integral alan spektrografı kullanarak ORC 4’e baktı; bu, ortalama galakside görülenden çok daha fazla, muazzam miktarda son derece parlak, ısıtılmış, sıkıştırılmış gaz ortaya çıkardı.

Cevaplardan çok sorularla ekip dedektiflik işine girişti. Optik ve kızılötesi görüntüleme verilerini kullanarak ORC 4 galaksisindeki yıldızların yaklaşık 6 milyar yaşında olduğunu belirlediler. Coil, “Bu galakside bir yıldız oluşumu patlaması yaşandı, ancak bu yaklaşık bir milyar yıl önce sona erdi” dedi.

Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi’nde galaktik rüzgarların teorik tarafında uzmanlaşan ve makalenin ortak yazarlarından biri olan doktora sonrası araştırmacı Cassandra Lochhaas, büyük ölçekli radyonun boyutunu ve özelliklerini kopyalamak için bir dizi sayısal bilgisayar simülasyonu çalıştırdı. halka, merkezi gökadadaki büyük miktarda şoklanmış, soğuk gazı da içeriyor.

Simülasyonları, dışarı doğru akan galaktik rüzgarların kapanmadan önce 200 milyon yıl boyunca estiğini gösterdi. Rüzgar durduğunda, ileriye doğru hareket eden bir şok, yüksek sıcaklıktaki gazı galaksinin dışına itmeye devam etti ve bir radyo halkası oluşturdu; ters bir şok ise daha soğuk gazın galaksiye geri düşmesine neden oldu. Simülasyon, ORC 4’ün tahmini 1 milyar yıllık yıldız yaşının sınırları dahilinde, 750 milyon yıldan fazla bir süre boyunca oynandı.

“Bunun işe yaraması için yüksek kütleli bir çıkış hızına ihtiyacınız var, bu da çok fazla malzemenin çok hızlı bir şekilde dışarı atılması anlamına geliyor. Ve galaksinin hemen dışındaki çevredeki gazın düşük yoğunluklu olması gerekiyor, aksi takdirde şok duraklamaları olur. Bunlar iki temel faktördür; ” diye belirtti Coil.

“İncelediğimiz galaksilerin bu yüksek kütle çıkış oranlarına sahip olduğu ortaya çıktı. Bunlar nadirdir, ancak gerçekten de varlar. Bunun gerçekten de bir tür dışarı akan galaktik rüzgarlardan kaynaklanan ORC’lere işaret ettiğini düşünüyorum.”

Dışarı akan rüzgarlar gökbilimcilerin ORC’leri anlamalarına yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda ORC’ler gökbilimcilerin dışarı akan rüzgarları anlamalarına da yardımcı olabilir.

Coil, “ORC’ler radyo verileri ve spektroskopi yoluyla rüzgarları ‘görmemiz’ için bir yol sağlıyor” dedi.

“Bu, aşırı dışarı akan galaktik rüzgarların ne kadar yaygın olduğunu ve rüzgar yaşam döngüsünün ne olduğunu belirlememize yardımcı olabilir. Ayrıca galaktik evrim hakkında daha fazla bilgi edinmemize de yardımcı olabilirler: tüm büyük galaksiler bir ORC aşamasından geçer mi? Spiral galaksiler, eliptik hale geldiklerinde eliptik hale gelirler mi? artık yıldız oluşturmuyor mu? Bence ORC’ler hakkında öğrenebileceğimiz ve ORC’lerden öğrenebileceğimiz çok şey var.”