Evrenin Nadir Radyo Çevrelerinin Arkasındaki Gizem Ortaya Çıktı

Patlayan yıldızlardan çıkan galaktik rüzgarlar devasa halkaları açıklayabilir.

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 camiası bu dairelerin ne olduğunu belirlemeye çalışırken aynı zamanda bilmek de istediler. Neden daireler vardı. 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.

Yukarıda görülen ORC 1 gibi tuhaf radyo çemberleri, merkezlerinde galaksileri barındıracak kadar büyüktür ve yüzbinlerce ışıkyılı genişliğe ulaşır. Katkıda bulunanlar: © J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)

Coil ve çalışma arkadaşları, 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 galaksi çarpıştığında ortaya çıkıyorlar. Birleşme, tüm gazı çok küçük bir bölgeye iter ve bu da yoğun bir yıldız oluşumu patlamasına neden olur. Devasa yıldızlar hızla tükeniyor ve öldüklerinde gazlarını dışarı doğru rüzgar olarak dışarı atıyorlar.”

Devasa, Nadir ve Kaynağı Bilinmeyen

Teknolojik gelişmeler, ASKAP’ın gökyüzünün büyük bölümlerini çok zayıf sınırlarda taramasına olanak tanıdı ve bu da tuhaf radyo çevrelerinin (ORC’ler) 2019’da ilk kez tespit edilmesini sağladı. ORC’ler çok büyüktü; yüzlerce kiloparsek çapındaydı ve bir kiloparsek 3.260 ışığa eşitti. yıl (referans olarak, Samanyolu galaksinin çapı yaklaşık 30 kiloparsektir).

Gezegenimsi bulutsular ve ORC’lerin kökenini açıklamak için birçok teori önerildi. Kara delik birleşmeler vardı ancak radyo verileri tek başına teoriler arasında ayrım yapamıyordu. 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.

181 milyon yıldan başlayarak üç farklı zaman diliminde yıldız patlaması kaynaklı rüzgarların simülasyonu. Her görüntünün üst yarısı gaz sıcaklığını gösterirken alt yarısı radyal hızı gösterir. Katkıda bulunanlar: Cassandra Lochhaas / Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü

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 miktarda yüksek derecede 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.

Simülasyonlar ve Sonuçlar

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 bir milyar yıllık yıldız yaşının oyun alanı içinde, 750 milyon yıldan fazla bir süre boyunca oynandı.

Saniyede 450 kilometre başlangıç ​​hızıyla başlatılan ve yılda 200 güneş kütlesi kütle çıkış hızıyla başlatılan, 200 milyon yıl boyunca galaksideki gazı çevredeki galaksinin etrafındaki ortama üfleyen dışarı doğru akan galaktik rüzgarın bilgisayar simülasyonu. Sol panel gaz sıcaklığını, sağ panel ise gaz yoğunluğunu gösterir. Bu simülasyon, tek radyo çemberlerinin kökenine ilişkin olası bir açıklama sağlar. Katkıda bulunanlar: Cassandra Lochhaas / Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü

“Bunun işe yaraması için yüksek kütleli bir çıkış hızına ihtiyacınız var, bu da çok sayıda malzemenin çok hızlı bir şekilde dışarı atılması anlamına geliyor. Ve galaksinin hemen dışındaki çevredeki gazın düşük yoğunluklu olması gerekiyor, aksi takdirde şok durur. Bunlar iki temel faktör” dedi Coil. “İncelediğimiz galaksilerin yüksek kütle çıkış oranlarına sahip olduğu ortaya çıktı. Nadirdirler ama varlar. Bunun gerçekten bir tür galaktik rüzgardan 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 aracılığıyla 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: Büyük galaksilerin tümü bir ORC aşamasından geçer mi? Sarmal galaksiler artık yıldız oluşturmadıklarında eliptik hale mi dönüyorlar? ORC’ler hakkında öğrenebileceğimiz ve ORC’lerden öğrenebileceğimiz çok şey olduğunu düşünüyorum.”

Referans: Alison L. Coil, Serena Perrotta, David SN Rupke, Cassandra Lochhaas, Christy A. Tremonti, Aleks Diamond-Stanic, Drummond Fielding, James E. Geach tarafından “İyonize gaz, garip bir radyo çemberi barındıran galakside 40 kpc’nin üzerinde uzanır” , Ryan C. Hickox, John Moustakas, Gregory H. Rudnick, Paul Sell ve Kelly E. Whalen, 8 Ocak 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-023-06752-8