Астрофизики объяснили происхождение странных радиокругов

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.

В 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).

Пятый 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.

Российские 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.

Ученые 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.

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.