:

Igazából hatalmas buborékok a kozmikus furcsa rádiókörök, az ORC-k

Igazából hatalmas buborékok a kozmikus furcsa rádiókörök, az ORC-k

A 2019-ben felfedezett furcsa rádiókörök (odd radio circles, ORC) a legújabb és legrejtélyesebb asztrofizikai jelenségek közé tartoznak. Egy friss kutatás azt vizsgálja, hogy a fekete lyukak plazmasugarai által fújt buborékok hogyan hozhatják létre ezeket a feltűnő képződményeket.

Az ORC-k halvány, extragalaktikus rádiósugárzó körök, amelyek más hullámhosszokon nem érzékelhetők. Ahogy lassan egyre több példányukat fedezték fel, a kutatók elkezdték vizsgálni a kialakulásuk körülményeit. Számos lehetőség áll fenn, ezek közül az egyik, hogy aktív galaxismagok sugárnyalábjai alakítják ki őket. Ezek a galaxismagok olyan fényes galaktikus központok, amelyeket táplálkozó, szupernagy tömegű fekete lyukak hoznak létre.

Az első ismert furcsa rádiókör, az ORC-1 rádiótartományban rögzített felvétele a háttércsillagok és galaxisok látható tartományban készült képén. (Jayanne English (U. Manitoba), EMU (ASKAP/CSIRO), MeerKAT, DES (CTIO))

Az új elmélet szerint a gyorsan mozgó töltött részecskékkel teli aktív galaxismagok plazmanyalábja buborékokat váj ki a halmazon belüli gázból. Amikor a kozmikus részecskék belecsapódnak a gázba, elektronok és pozitronok jönnek létre, amelyek spirálvonalban keringenek a mágneses erővonalak körül, és rádiósugárzást bocsátanak ki. Ha a plazmanyalábokat pontosan tengelyirányból figyeljük meg, akkor a keletkező rádióbuborékokat kör alakúnak látjuk. Az aktív galaxismagok környező gázba csapódó sugárnyalábjairól készített korábbi szimulációk kimutatták a buborékok létrejöttét, amelyek viszont nem érték el az ORC-méretet, mert ezek több százezer vagy millió fényév átmérőjűek.

Yen-Hsing Lin (National Tsing Hua University) és Hsiang-Yi Karen Yang (National Tsing Hua University, Taiwan) most megmutatta, hogy az aktív galaxismagok képesek ORC méretű buborékok létrehozására.

A Hercules A galaxis aktív magja két hatalmas plazmanyalábot táplál. (Röntgen: NASA/CXC/SAO, Látható: NASA/STScI, Rádió: NSF/NRAO/VLA)

A kutatók háromdimenziós magnetohidrodinamikai szimulációkkal bipoláris jeteket lőttek a halmazon belüli gázba, majd 200 millió éves időtartamban követték nyomon a plazmanyalábok fejlődését és a buborékképződést. Két szimulációra összpontosítottak, amelyek nagyjából az ismert ORC-k méretének megfelelő, fényes szélű rádióköröket hoztak létre.

Szimulált ORC rádióképek (balra) és a valódi észlelések (jobbra). (Lin & Yang 2024)

A szimulált furcsa rádiókörök megjelennek, ha a plazmanyalábok által felfújt buborékokat közvetlenül a tengely irányából nézzük, ahogy azt megjósolták, de a további szimulációk azt mutatták, hogy a buborékok akkor is ORC-t hoznak létre, ha a tengelytől számított legfeljebb 30 fokos szögből nézzük őket. (Nagyobb szögből még mindig érdekes rádióstruktúrákat produkálnak, de határozott kör alakjuk elvész.) Ez az eredmény lazít azon a feltételen, hogy pontosan tengelyirányból kell néznünk a jeteket.

Egy galaxisban a plazmanyalábok akkor tudnak létrehozni furcsa rádióköröket, ha a vékony sugarak képesek teljesen kiseperni a halmazon belüli nagyobb sűrűségű gázt, amellyel kölcsönhatásba lépnek. Ennek következtében a kis tömegű galaxishalmazok, amelyek kevesebb halmazon belüli gázzal rendelkeznek, nagyobb valószínűséggel tartalmaznak ORC-ket.

A kutatók más jellegzetességeket is megvizsgáltak, amelyek támogathatják a plazmasugár által fújt buborékra vonatkozó elméletet. Megállapították, hogy a szimulált rádiógyűrűk csomósak, vagyis a fényességük változó a gyűrű mentén, ami nagy felbontású megfigyelésekkel már látható lehet.

A Chandra röntgenobszervatórium (fent), az AXIS (középen) és az Athena röntgentávcső (lent) szimulált röntgenmegfigyelései. A jövőbeni AXIS és Athena küldetések sokkal rövidebb idő alatt érhetik el a nagyobb jel–zaj arányt, mint a Chandra. (Lin & Yang 2024)

Ami a rádió tartományon kívüli megfigyeléseket illeti, a kutatók megállapították, hogy csak bizonyos furcsa rádiókörök bocsátanak ki annyi röntgensugárzást, hogy a Chandra röntgenobszervatórium érzékelhesse őket, és még ezekhez is 11,5 napos megfigyelési idő kellene. Ezen eredmények alapján nem meglepő, hogy az ORC-k eddig láthatatlanok voltak röntgentartományban. Ez azonban még változhat. A 2030-as évekre tervezett két új műszer, a NASA Advanced X-ray Imaging Satellite (Fejlett röntgen képalkotó műhold, AXIS) űrtávcsöve, valamint az Európai Űrügynökség (ESA) Athena röntgentávcsöve akár 4 órára is lecsökkentheti a megfigyelési időt.

A kutatók tervezik a szimulációk folytatását, hogy feltárják a jelenségek abszolút fényességét, polarizációját és egyéb tulajdonságait, lehetővé téve a megfigyelésekkel történő összehasonlításukat, valamint a furcsa rádiókörök születési körülményeinek jobb megismerését.

Az eredményeket ismertető tanulmány a The Astrophysical Journal című szaklapban jelent meg.

Forrás: Sky & Telescope