galaktyka. RAD@home Astronomy Collaboratory (Indie)
Niezwykła struktura z podwójnym pierścieniem, zauważona w kosmosie z pomocą naukowców-obywateli, okazała się kosmiczną rzadkością.
Anomalia niebieska, uchwycona przez radioteleskop, to dziwny krąg radiowy, jeden z najrzadszych i najbardziej tajemniczych obiektów we wszechświecie, powiedział dr Ananda Hota, główny autor badania opublikowanego 2 października w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Nietypowe kręgi radiowe, znane również jako ORC, prawdopodobnie składają się z namagnesowanej plazmy – naładowanego gazu, na który silnie oddziałują pola magnetyczne – i są tak masywne, że w ich centrach znajdują się całe galaktyki. Rozciągając się na setki tysięcy lat świetlnych, często osiągają rozmiary 10–20 razy większe od naszej Drogi Mlecznej. Są jednak również niezwykle słabe i zazwyczaj wykrywalne jedynie w zakresie radiowym.
Nowo odkryty, nietypowy krąg radiowy, oznaczony RAD J131346.9+500320, jest najodleglejszym znanym dotychczas kręgiem, znajdującym się 7,5 miliarda lat świetlnych od Ziemi – i pierwszym odkrytym przez naukowców-obywateli. Jest to również dopiero drugi nietypowy krąg radiowy z dwoma pierścieniami.
„ORC należą do najdziwniejszych i najpiękniejszych struktur kosmicznych, jakie kiedykolwiek widzieliśmy. Mogą one zawierać istotne wskazówki dotyczące tego, w jaki sposób galaktyki i czarne dziury współewoluują, ręka w rękę” – napisała w wiadomości e-mail Hota, adiunkt w Centrum Doskonałości w Naukach Podstawowych na Wydziale Energii Atomowej Uniwersytetu w Mumbaju.
Ogromny krok dla nauki obywatelskiej
Dziwne kręgi radiowe odkryto po raz pierwszy około sześć lat temu, jednak struktury te nadal pozostają trudne do uchwycenia.
Hota jest dyrektorem i głównym badaczem RAD@home Astronomy Collaboratory, społeczności internetowej otwartej dla każdego, kto ma wykształcenie naukowe. Astronomowie uczą użytkowników rozpoznawania wzorców w słabych, rozmytych pasmach fal radiowych i analizowania obrazów astronomicznych, wyjaśnił Hota.
Nowo odkryty, nietypowy krąg radiowy pojawił się w danych z teleskopu Low Frequency Array (LOFAR), który składa się z tysięcy anten w Holandii i całej Europie, tworząc jeden duży radioteleskop. Jest to największy i najczulszy radioteleskop działający na niskich częstotliwościach.
Chociaż uczestnicy projektu RAD@home nie byli specjalnie szkoleni w zakresie wyszukiwania nietypowych kręgów radiowych, niezwykła struktura podwójnego pierścienia wyróżniała się, stanowiąc pierwszy nietypowy krąg radiowy zidentyfikowany za pomocą LOFAR. Pierścienie wydają się przecinać, co zdaniem naukowców wynika z naszego punktu widzenia z Ziemi, ale prawdopodobnie są rozdzielone w przestrzeni. Para pierścieni rozciąga się na 978 469 lat świetlnych. Rok świetlny to odległość, jaką światło pokonuje w ciągu jednego roku, czyli 5,88 biliona mil (9,46 biliona kilometrów).
„Ta praca pokazuje, w jaki sposób zawodowi astronomowie i naukowcy-obywatele mogą wspólnie poszerzać granice odkryć naukowych” – powiedział Hota.
Astronomowie kiedyś sądzili, że dziwne kręgi radiowe mogą być gardłami tuneli czasoprzestrzennych, falami uderzeniowymi powstającymi podczas zderzeń czarnych dziur lub łączenia się galaktyk, bądź też potężnymi strumieniami wyrzucającymi energetyczne cząstki.
„Sugerujemy, że w centralnej galaktyce doszło do poważnego wybuchu” – powiedział Hota. „Powstała fala uderzeniowa lub podmuchowa mogła ponownie pobudzić pradawne obłoki namagnesowanej plazmy, powodując ich ponowne świecenie jako pierścieni radiowych”.
Obłoki plazmy prawdopodobnie powstały pierwotnie w wyniku strumieni materii uwolnionych przez supermasywną czarną dziurę galaktyki, wyjaśnił Hota. Nowa fala uderzeniowa w istocie oświetliła „dym” pozostawiony przez dawną aktywność galaktyki, dodał.
Czarne dziury nie pochłaniają bezpośrednio gwiazd, gazu i pyłu. Zamiast tego, materia ta opada na wirujący dysk wokół czarnej dziury. Wraz z przyspieszeniem spirali, odłamki ulegają przegrzaniu. Silne pola magnetyczne wokół czarnych dziur pomagają odprowadzać te energetyczne, przegrzane cząstki z dala od czarnych dziur, tworząc strumienie, które osiągają prędkość bliską prędkości światła.
Zespół naukowców obywatelskich zaobserwował również dwa dodatkowe dziwne okręgi radiowe w dwóch różnych galaktykach, w tym jeden znajdujący się na końcu silnego dżetu o ostrej krzywej, co skutkuje powstaniem pierścienia radiowego o szerokości około 100 000 lat świetlnych.
Oba dziwne okręgi radiowe znajdują się w galaktykach znajdujących się w większych skupiskach galaktyk, co oznacza, że dżety wyrzucane z ich supermasywnych czarnych dziur oddziałują z otaczającą je gorącą plazmą, która może pomóc w ukształtowaniu pierścieni radiowych – powiedział Hota.
„Te odkrycia pokazują, że ORC i pierścienie radiowe nie są odosobnionymi osobliwościami – są częścią szerszej rodziny egzotycznych struktur plazmowych kształtowanych przez dżety czarnych dziur, wiatry i ich otoczenie” – powiedział w oświadczeniu współautor badania, dr Pratik Dabhade, adiunkt w dziale astrofizyki Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Warszawie.
Ray Norris, astrofizyk z australijskiej organizacji Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, który kierował odkryciem dziwnych kręgów radiowych, był zadowolony z odkrycia tego zjawiska za pomocą teleskopu LOFAR — i dzięki nauce obywatelskiej.
Dodał, że trudno jest nauczyć sztuczną inteligencję rozpoznawania nietypowych kręgów radiowych, ponieważ znanych jest tak mało takich przykładów.
„Znalezienie ORC jest naprawdę trudne, ale wiemy, że w danych muszą być ich setki” – powiedział Norris. „W tej chwili nauka obywatelska wydaje się najlepszym podejściem i ci ludzie zdają się świetnie sobie z tym radzić”.
Nierozwiązane galaktyczne zagadki
Odkrycie najodleglejszego jak dotąd nietypowego kręgu radiowego pozwala naukowcom skutecznie cofnąć się w czasie. Zespół uważa, że zjawisko to może posłużyć do rejestrowania i utrwalania dawnych, gwałtownych wydarzeń, które ukształtowały galaktyki miliardy lat temu.
Światło z kręgu radiowego podróżowało przez 7,5 miliarda lat, zanim dotarło do Ziemi. Może ono rzucić światło na rolę, jaką nietypowe kręgi radiowe odgrywają w ewolucji galaktyk w różnych skalach czasowych, co nie jest do końca jasne.
„Badając je w różnych okresach dziejów kosmosu, możemy zacząć odkrywać, jak takie energetyczne wybuchy wpływają na otaczający gaz i wyzwalają lub hamują formowanie się gwiazd” – zauważył Hota. „Nasze odkrycie przesuwa znaną granicę wieku ORC do prawie połowy wieku Wszechświata, dostarczając istotnych wskazówek na temat ich pochodzenia i związku z szerszym cyklem życia galaktyk”.
Wiele pytań dotyczących nietypowych kręgów radiowych wciąż pozostaje nierozwiązanych, w tym dlaczego astronomowie widzą je tylko w tak dużych rozmiarach. Hota i Dabhade chcą dowiedzieć się, czy kręgi te rozszerzają się z mniejszych, niewykrywalnych bąbli. A jeśli nietypowe kręgi radiowe rzeczywiście powstają w wyniku łączenia się galaktyk lub supermasywnych czarnych dziur, dlaczego nie są częściej obserwowane?
Aby odpowiedzieć na te pytania, konieczna będzie pomoc naukowców-obywateli oraz teleskopów nowej generacji, takich jak transkontynentalny Square Kilometre Array w Republice Południowej Afryki i Australii.
Budowa, której ukończenie planowane jest na 2028 rok, będzie obejmować tysiące czasz i nawet milion anten niskiej częstotliwości. W rezultacie powstanie największy radioteleskop na świecie.
Mimo że te czasze i anteny znajdą się w dwóch różnych częściach świata, utworzą jeden teleskop o powierzchni zbierającej ponad 1 milion metrów kwadratowych (386 102 mil kwadratowych), co umożliwi astronomom przegląd całego nieba znacznie szybciej niż kiedykolwiek wcześniej.
SKA i inne teleskopy będące w trakcie budowy umożliwią znacznie dokładniejsze obserwowanie nietypowych kręgów radiowych, co pomoże astronomom dowiedzieć się więcej na temat ewolucji czarnych dziur i galaktyk.
