Astronomii cred că știu în sfârșit originea enormelor „inele de fum cosmic”

Descoperirea așa-numitelor „cercuri radio ciudate” în urmă cu câțiva ani i-a determinat pe astronomi să găsească o explicație pentru aceste regiuni enorme de unde radio atât de extinse încât au galaxii în centrul lor. Oamenii de știință de la Universitatea din California, San Diego, cred că au găsit răspunsul: vânturi galactice care se revarsă de stelele care explodează în așa-numitele galaxii „explozive de stele”. Ei și-au descris descoperirile în a hârtie nouă publicat în revista Nature.

„Aceste galaxii sunt cu adevărat interesante.” spuse Alison Coil de la Universitatea din California, San Diego. „Ele apar atunci când două galaxii mari se ciocnesc. Fuziunea împinge tot gazul într-o regiune foarte mică, ceea ce provoacă o explozie intensă de formare de stele. Stele masive se ard rapid și, atunci când mor, își expulzează gazul ca vânturi care se revarsă.”

La fel de raportate anteriordescoperirea a apărut din Harta evolutivă a Universului (UEM), care vizează a lua un recensământ al surse radio in cer. În urmă cu câțiva ani, Ray Norris, astronom la Universitatea Western Sydney și CSIRO în Australia, a prezis că proiectul UEM va face descoperiri neașteptate. Le-a numit „WTF-uri”. Anna Kapinska, un astronom de la National Radio Astronomy Observatory (NRAO) răsfoia datele de radioastronomie colectate de telescopul Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) al CSIRO când a observat câteva forme ciudate care nu păreau să semene cu niciun tip cunoscut de obiect. Urmând nomenclatura lui Norris, ea le-a etichetat ca fiind posibile WTF-uri. Una dintre acestea a fost o imagine a unui cerc fantomatic de emisie radio, „atârnând în spațiu ca un inel de fum cosmic”.

Alți membri ai echipei au găsit în curând încă două blob-uri rotunde ciudate, pe care le-au numit „cercuri radio ciudate” (ORC). Un al patrulea ORC a fost identificat în datele de arhivă de la Giant MetreWave Radio Telescope din India, iar un al cincilea a fost descoperit în datele proaspete ASKAP în 2021. Mai sunt câteva obiecte care ar putea fi, de asemenea, ORC-uri. Pe baza acestui fapt, echipa estimează că ar putea exista până la 1.000 de ORC în total.

În timp ce Norris și colab. Inițial a presupus că bloburile erau doar artefacte de imagistică, datele de la alte radiotelescoape au confirmat că acestea sunt o nouă clasă de obiecte astronomice. Ele nu apar în telescoapele optice standard sau în telescoapele cu infraroșu și cu raze X – doar în spectrul radio. Astronomii bănuiesc că emisiile radio se datorează norilor de electroni. Dar asta nu ar explica de ce ORC-urile nu apar la alte lungimi de undă. Toate ORC-urile confirmate de până acum au o galaxie în centru, ceea ce sugerează că acesta ar putea fi un factor relevant în modul în care se formează. Și sunt enorme, măsurând aproximativ un milion de ani lumină în diametru, ceea ce este mai mare decât Calea Lactee.

În ceea ce privește ceea ce a provocat exploziile care au dus la formarea ORC-urilor, date noi raportate în 2022 a fost suficient pentru a exclude toate posibilitățile cu excepția celor trei. Primul este că ORC-urile sunt rezultatul unei unde de șoc din centrul unei galaxii, rezultată probabil din fuziunea a două găuri negre supermasive. Alternativ, ele ar putea fi rezultatul jeturilor radio care aruncă particule din nucleele galactice active. În cele din urmă, ORC-urile pot fi obuze cauzate de evenimente de explozie stelară („șoc de terminare”), care ar produce o undă de șoc sferică ca gaz fierbinte explodat dintr-un centru galactic.

Coil și colab. au fost intrigați de descoperirea ORC-urilor. Ei au studiat galaxiile cu izbucnire stelare, care sunt demne de remarcat pentru rata lor foarte mare de formare a stelelor, făcându-le să pară albastre strălucitoare. Echipa a crezut că etapele ulterioare ale acelor galaxii explozive ar putea explica originea ORC-urilor, dar aveau nevoie de mai mult decât date radio pentru a dovedi acest lucru. Așadar, echipa a folosit spectrograful de câmp integral de la Observatorul WM Keck din Hawaii pentru a arunca o privire mai atentă la ORC 4, primul cerc radio observabil din emisfera nordică. Aceasta a scos la iveală o cantitate mult mai mare de gaz luminos, încălzit și comprimat decât s-ar vedea într-o galaxie medie. Date suplimentare de imagini optice și în infraroșu au arătat că stelele din galaxia ORC 4 au aproximativ 6 miliarde de ani. Formarea de noi stele pare să se fi încheiat acum câteva miliarde de ani.

Următorul pas a fost de a rula simulări pe computer ale cercului radio ciudat, care se întinde pe parcursul a 750 de milioane de ani. Acele simulări au arătat o perioadă inițială de 200 de milioane de ani cu vânturi galactice puternice, urmate de o undă de șoc care a propulsat gaz foarte fierbinte din galaxie pentru a crea un inel radio. Între timp, o undă de șoc inversă a trimis gaz mai rece înapoi în galaxia centrală.

„Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un debit de masă mare, ceea ce înseamnă că ejectează foarte repede o mulțime de material. Și gazul înconjurător chiar în afara galaxiei trebuie să aibă o densitate scăzută, altfel șocul se blochează. Aceștia sunt cei doi factori cheie”, spuse Coil. „Se pare că galaxiile pe care le-am studiat au aceste rate mari de ieșire de masă. Sunt rare, dar există. Chiar cred că acest lucru indică ORC-uri care provin dintr-un fel de vânturi galactice care se revarsă.” Ea crede, de asemenea, că ORC-urile ar putea ajuta astronomii să înțeleagă mai multe despre vânturile galactice, deoarece le permite să „vadă” acele vânturi prin date radio și spectrometrie.

Natura, 2024. DOI: 10.1038/s41586-023-06752-8 (Despre DOI).