8 Minutės
Stulbinantis dvigubas žiedinis ORC atrastas per kosminį laiką
Astronomai kartu su pilietiniais mokslininkais identifikavo išskirtinį keistąjį radijo apskritimą (ORC) — dvigubą žiedinę sistemą, tokio galingumo ir atstumo, kad ji gali pakeisti mūsų supratimą apie tai, kaip juodosios skylės formuoja savo galaktikų aplinką. Kataloguotas kaip J131346.9+500320, objektas yra toks tolimas, kad jo radijo spinduliuotė keliavo maždaug 7,7 milijardo metų, kol pasiekė Žemę. Skirtingai nuo daugumos ORC, kurie rodo vieną aiškų apskritimą radijo bangose, šis šaltinis demonstruoja du susikertančius ryškios radijo spinduliuotės žiedus, kiekvienas maždaug 978 000 šviesmečių skersmens, o aplink juos matomas silpnas šydas, besitęsiantis apie 2,6 milijono šviesmečių.
ORC yra reti, dideli ir beveik idealiai apvalūs radijo šviesos regionai, aptinkami giliuose radijo apžvalgose. Jie vyrauja radijo bangų ruože ir dažnai neturi stiprių optinių atitikmenų, todėl radijo astronomams kelia daug mįslių. Dvigubo žiedo ORC atradimas yra ypač reikšmingas, nes suteikia naujų stebimųjų apribojimų fizinėms mechanikoms, kurios kuria tokias struktūras, ir atskleidžia juodųjų skylių vaidmenį formuojant didelio masto energingus reiškinius. Tai nėra tik unikalus vizualinis radinys — tai informacijos šaltinis apie energijos transportą per tarpgalaktinį erdvę ir apie tai, kaip centrinės juodosios skylės gali paveikti savo host galaktikas per ilgus laiko tarpsnius.
Ką greičiausiai sukėlė tie dvigubi žiedai?
Dabartiniai duomenys rodo, kad labiausiai tikėtinas paaiškinimas yra galingi juodųjų skylių sukelti procesai. Supermasyvios juodosios skylės gali generuoti milžiniškas reliatyvistines plazmos čiurkšles ir sukelti energingus vėjus į aplinkinį dujų sluoksnį. Per ilgą laiką tokie išsiveržimai išsipučia į radijo lobius — išplėstas sritis, užpildytas sinchrotronu spinduliuojančiais elektronais, kurie spirališkai juda magnetiniuose laukuose. Ananda Hota (Mumbajaus universitetas) vadovaujama komanda ir RAD@home pilietinės mokslo iniciatyvos bendradarbiai siūlo, kad J131346.9+500320 dvigubi žiedai susiformavo tada, kai galingas bipolinis išsiveržimas arba smūgio banga susikirto su senais reliktiniais radijo lobiais.
Jeigu galaktika patyrė didelį trikdymą — pavyzdžiui, susijungimą su kita galaktika arba atsinaujinusį juodosios skylės aktyvumo epizodą — plačias masto smūgis ar supervėjas galėjo suspausti ir vėl suaktyvinti seną, blėstančią sinchrotroninę plazmą. Toks perakceleravimas laikinai sustiprina reliktinę spinduliuotę ir gali sukurti žiedines arba lukšto formos morfologijas. J131346.9+500320 atveju geometriniai bruožai, spektro savybės ir erdvinė struktūra leidžia daryti prielaidą, kad tai yra senos sinchrotroninės spinduliuotės šydas, kurį „atgaivino“ vėlesnis, energingas įvykis: fosilinė radijo struktūra, atnaujinta naujų vėjų arba smūgių.
Praktinis pavyzdys: jei dviejų etapų modelis yra teisingas, pirmasis etapas galėjo suformuoti didelius radijo lobius per seną juodosios skylės aktyvumą, o antrasis — vėlesnis sprogimas arba aplinkos sąlygų pokytis — įdiegė smūgio bangą, kuri suspaudė ir šildė plazmą, todėl matome ryškiai apibrėžtus žiedus. Tokie scenarijai atitinka ir kai kurias numerines simuliacijas, kuriose energija iš centrinės šaltinio persiskirsto į išorinius sluoksnius per morališkai panašias grandines. Vis dėlto reikia daugiau matavimų (pvz., radijo spektro profilis, optinė židinio vietos identifikacija), kad galutinai patvirtintume mechaniką ir laiko seką.
Mokslinis kontekstas ir fonas
Sinchrotroninė spinduliuotė yra pagrindinis mechanizmas, paaiškinantis daugumą radijo emisijos šiuose šaltiniuose. Relatyvistiniai elektronai, kuriuos pagreitina smūgiai ar magnetinės rekonekcijos regionai, spirališkai juda aplink magnetinius laukus ir skleidžia plataus spektro radijo bangas. ORC išsiskiria tuo, kad yra neįprastai apvalūs ir išsiplėtę — jie dažnai savo dydžiu ženkliai lenkia juos talpinančias galaktikas. Daug ORC yra randami šalia galaktikų, kuriose gyvena supermasyvios juodosios skylės, o tai stiprina ryšį tarp juodųjų skylių grįžtamojo ryšio (feedback) ir radijo struktūrų: čiurkšlių, lobių, žiedų bei burbulių.
Iki šiol patvirtintų ORC yra tik kelias dešimtis, ir iš jų labai nedidelė dalis demonstruoja kelių žiedų struktūras. Atrasti galingą dvigubą žiedą, tokį kaip J131346.9+500320, sustiprina idėją, kad ORC priklauso platesnei juodųjų skylių sukeltų plazminių reiškinių šeimai, o ne yra atsitiktiniai kosminiai vienetai. Tai įrodo ir vizualinės tiriamosios galimybės: žmogaus akis ir kognityvinės galimybės vis dar yra labai vertingos atpažįstant sudėtingus modelius radijo duomenyse, ypač kai algoritmai gali praleisti retus arba netikėtus atvejus. RAD@home ir panašios pilietinių mokslininkų iniciatyvos suteikia papildomą resursą, apjungiant profesionalų ekspertyzę su platios visuomenės stebėjimo galia, todėl atradimų potencija auga.
Be šio, platesnis mokslinis diskursas apie ORC apima teorines diskusijas apie magnetinius laukus tarpgalaktinėje terpėje, energetikos balansą tarp spinduliuotės ir adiabatinio išsiplėtimo, ir apie tai, kaip greito ar lėto pradinių įvykių trukmės skirtumai atsispindi matomose morfologijose. Pvz., trumpalaikis, bet labai intensyvus sprogimas gali sukurti aštrius žiedus, tuo tarpu ilgalaikė, mažesnės energijos išmetimo fazė formuotų platesnius, netolygiai apšviestus lobius.
Susiję atradimai ir pasekmės
Tyrėjai taip pat praneša apie du papildomus sistemų atvejus, kurie sustiprina juodųjų skylių ryšį su ORC fenomenais: RAD J122622.6+640622 — radijo galaktika su sulenktu čiurkšle, kuri baigiasi dideliu radijo apskritimu, ir RAD J142004.0+621715, kuri panašiai rodo radijo apskritimą prie čiurkšlės galo. Kartu šie objektai rodo įvairias formas, kuriomis juodųjų skylių čiurkšlės, vėjai ir aplinkos smūgiai gali sukurti žiedines radijo morfologijas.
ORC supratymas turi platesnių pasekmių galaktikų evoliucijai. Juodųjų skylių grįžtamasis ryšys — energija, įpinama į galaktikos dujas per čiurkšles ir vėjus — reguliuoja žvaigždžių susidarymą, dujų atvėsimo procesus ir pačios juodosios skylės augimą. ORC gali būti prisimenamos kaip fosilinės žymės galingų grįžtamojo ryšio epizodų, kurie prieš milijardus metų formavo jų šeimynines galaktikas. Nustatant fizines sąlygas, kurios sukuria ORC, mes žingsnis po žingsnio žemėlapiuojame, kaip energija keliauja tarp galaktikų ir kaip galaktikos bei jų centrinės juodosios skylės kartu evoliucionuoja per kosminį laiką.
Praktinis poveikis: žinodami ORC kilmę, galime geriau interpretuoti raudonųjų poslinkių statistikas, įvertinti juodosios skylės išmetimų energetiką ir modeliuoti, kaip ilgalaikiai grįžtamojo ryšio epizodai pakeičia galaktikos dujų turtą ir tolimesnį žvaigždžių formavimąsi. Be to, ORC tyrimai gali padėti nustatyti tarpgalaktinės terpės sąlygų skirtumus skirtinguose kosminio laiko perioduose, kas yra svarbu globaliems kosmologiniams modeliams.
Stebėjimo metodai ir ateities perspektyvos
ORC aptikimas remiasi giliu radijo vaizdavimu ir kruopščia apžvalgų duomenų patikra. Svarbu derinti daugiaspektrinį tolimesnį tyrimą: radijo spektro analizę energijos pasiskirstymui nustatyti, optinę spektroskopiją raudoniesiems poslinkiams nustatyti ir rentgeno vaizdavimą, kad būtų aptiktos karštos dujos aplink struktūras. Tokio tipo daugiaspektriniai duomenys būtini norint tiksliai nustatyti objekto amžių, energetiką ir pagrindinius varomus mechanizmus.
Ateities radijo įrenginiai ir tęstiniai archyvinių apžvalgų duomenų analizės darbai, padedami pilietinės mokslo bendruomenės ir mašininio mokymosi algoritmų, turėtų išplėsti ORC pavyzdžių rinkinį ir paaiškinti jų įvairovę. Pavyzdžiui, artėjantys projektai kaip SKA (Square Kilometre Array) arba ngVLA (next-generation Very Large Array) suteiks žymiai jautresnius ir didesnės raiškos radijo vaizdus, leidžiančius tiksliau atskirti žiedų palikimą, matuoti spektrinius nukrypimus žieduose ir nustatyti ryšius su šaltinio galaktikos morfologija. Be to, pažangios duomenų apdorojimo technikos — tokios kaip giliųjų neuroninių tinklų variantai, išmokyti atpažinti neįprastas morfologijas — gali paspartinti pavyzdžių atranką didžiuliuose duomenų rinkiniuose.
Taip pat svarbu paminėti, kad ilgalaikis stebėjimas skirtingais dažniais gali atskleisti spektro senėjimo požymius, tokius kaip laipsniškas intensyvumo mažėjimas ilgose bangose arba spektrinis suskirstymas žiedų viduje. Tokie matavimai leidžia atskirti, ar žiedai buvo suformuoti per vieną staigų įvykį, ar per kelis atskirus epizodus. Galiausiai, optinė ir infraraudonoji fotometrija gali padėti nustatyti centrinės galaktikos masę, žvaigždžių sudėtį ir istoriją, kurie visi yra svarbūs kontekstai juodųjų skylių veiklos interpretacijai.
Eksperto įžvalga
"Atraskimai, tokie kaip J131346.9+500320, suteikia mums švytinčius fosilinius pėdsakus, leidžiančius tirti juodųjų skylių aktyvumą per kosminį laiką," sako dr. Leila Morgan, stebinamoji radijo astronomė (fiktyvi). "Matuodami žiedų dydžius, radijo plazmos spektro senėjimą ir aplinkinių dujų sąlygas, galime rekonstruoti ankstesnių grįžtamojo ryšio epizodų laiką ir energetiką. Tai padeda susieti juodųjų skylių augimą su galaktikų evoliucijos istorija."
Dr. Morgan komentaras taip pat atkreipia dėmesį į tai, kad kruopštūs matavimai ir modeliavimas leidžia sujungti stebimus požymius su teoriniais mechanizmais: jei žiedų spektro indeksas parodo senėjimo požymius, tai yra įrodymas, kad plazma ilgą laiką buvo rektyvuota ir vėliau atgaivinta. Jei, priešingai, spektras yra palyginti plokščias, tai gali rodyti neseną arba tęstinį energijos pildymą. Tokie niuansai yra esminiai, norint suprasti ORC kilmę ir jų vietą didesniame galaktikų evoliucijos kontekste.
Išvados
J131346.9+500320 išsiskiria kaip galingiausias ir tolimiausias iki šiol identifikuotas dvigubas žiedinis ORC ir pateikia konkrečius įrodymus, kad supermasyvių juodųjų skylių aktyvumas — per čiurkšles, smūgius ar supervėjus — gali suformuoti ir vėliau atnaujinti dideles apskritas radijo struktūras. Kaip radijo apžvalgos gilėja, o ORC katalogas plečiasi, šie neįprasti radijo žiedai taps svarbiais ženklais, rodantys praeities energingus epizodus, kurie skulptūravo galaktikas ir jų aplinką per milijardus metų. Tolesni stebėjimai ir tarpdisciplininiai tyrimai leis išgryninti kilmės scenarijus, nustatyti dažniausius mechanizmus ir įvertinti ORC reikšmę galaktikų bei juodųjų skylių bendram evoliucijos pasakojimui.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą