Странные радиоисточники в далеком галактическом скоплении не поддаются нашему пониманию

Вселенная усеяна скоплениями галактик - огромными структурами, скопившимися на перекрестках космической паутины. Одно скопление может простираться на миллионы световых лет в поперечнике и состоять из сотен или даже тысяч галактик.

Однако эти галактики составляют лишь несколько процентов от общей массы скопления. Около 80 процентов массы составляет темная материя, а остальное - горячий плазменный "суп": газ, нагретый до температуры свыше 10 000 000 ℃ и переплетенный слабыми магнитными полями.

Мы и наша международная команда коллег обнаружили ряд редко наблюдаемых радиообъектов - радиореликты, радиогало и ископаемое радиоизлучение - в особенно динамичном скоплении галактик под названием Abell 3266. Они бросают вызов существующим теориям как о происхождении таких объектов, так и об их характеристиках.

Реликвии, ореолы и окаменелости

Галактические скопления позволяют нам изучать широкий спектр богатых процессов - включая магнетизм и физику плазмы - в условиях, которые мы не можем воссоздать в наших лабораториях.

Когда скопления сталкиваются друг с другом, огромное количество энергии вкладывается в частицы горячей плазмы, порождая радиоизлучение. Это излучение бывает разных форм и размеров.

Одним из примеров являются "радиореликты". Они имеют форму дуги и располагаются на окраинах скопления. Их источником являются ударные волны, проходящие через плазму, которые вызывают скачок плотности или давления и заряжают частицы энергией. Примером ударной волны на Земле является звуковой удар, который возникает, когда самолет преодолевает звуковой барьер.

"Радиогало" - это нерегулярные источники, расположенные к центру скопления. Они возникают из-за турбулентности в горячей плазме, которая придает энергию частицам. Мы знаем, что и гало, и реликтовые источники образуются в результате столкновений между скоплениями галактик, но многие детали остаются неуловимыми.

Существуют также "ископаемые" радиоисточники. Это радиоизлучение, оставшееся после смерти сверхмассивной черной дыры в центре радиогалактики.

Когда черные дыры работают, они выбрасывают огромные струи плазмы далеко за пределы галактики. Когда у них заканчивается топливо и они отключаются, струи начинают рассеиваться. Их остатки мы и обнаруживаем как радиоизлучение.

Абелл 3266

Наша новая работа, опубликованная в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, представляет собой подробное исследование скопления галактик под названием Abell 3266.

Это особенно динамичная и беспорядочно сталкивающаяся система на расстоянии около 800 миллионов световых лет от нас. Она обладает всеми признаками системы, в которой должны присутствовать реликты и гало - однако до недавнего времени ни одно из них не было обнаружено.

В продолжение работы, проведенной в начале этого года с помощью широкопольного массива Мерчисона, мы использовали новые данные радиотелескопа ASKAP и Австралийского телескопа Compact Array (ATCA) для более детального изучения Abell 3266.

Наши данные рисуют сложную картину. Вы можете увидеть это на главном изображении: желтые цвета показывают особенности, где происходит активный приток энергии. Голубая дымка представляет собой горячую плазму, запечатленную в рентгеновском диапазоне длин волн.

Более красные цвета показывают особенности, которые видны только на низких частотах. Это означает, что эти объекты старше и обладают меньшей энергией. Либо они потеряли много энергии со временем, либо у них ее вообще не было.

Радиореликвия видна красным цветом в нижней части изображения (см. ниже для увеличения). И наши данные показывают особенности, которые никогда ранее не наблюдались у реликтов.

Его вогнутая форма также необычна, что дало ему броское прозвище реликта "неправильного пути". В целом, наши данные нарушают наше понимание того, как образуются реликты, и мы все еще работаем над расшифровкой сложной физики, стоящей за этими радиообъектами.

Древние остатки сверхмассивной черной дыры

Радиоостаток, видимый в правом верхнем углу главного изображения (а также ниже), очень слабый и красный, что указывает на его древность. Мы полагаем, что это радиоизлучение первоначально исходило из галактики в левом нижнем углу с центральной черной дырой, которая уже давно выключена.

Выше: Здесь показано радио ископаемое в Abell 3266: красным цветом и контурами показана радиояркость, измеренная ASKAP, а синим цветом - горячая плазма. Голубая стрелка указывает на галактику, которая, по нашему мнению, когда-то питала ископаемое.

Наши лучшие физические модели просто не могут соответствовать данным. Это выявляет пробелы в нашем понимании того, как развиваются эти источники, - пробелы, которые мы стараемся заполнить.

Наконец, используя умный алгоритм, мы расфокусировали ведущее изображение для поиска очень слабого излучения, невидимого при высоком разрешении, и впервые обнаружили радиогало в Abell 3266 (см. ниже).

Выше: Радиогало в Abell 3266 показано здесь красными цветами и контурами, изображающими радиояркость, измеренную ASKAP, и синими цветами, показывающими горячую плазму. Пунктирная голубая кривая отмечает внешние границы радиогало.

Навстречу будущему

Это начало пути к пониманию Abell 3266. Мы открыли множество новой и подробной информации, но наше исследование породило еще больше вопросов.

Телескопы, которые мы использовали, закладывают фундамент для революционных научных исследований в рамках проекта Square Kilometer Array. Такие исследования, как наше, позволяют астрономам выяснить, чего мы не знаем - но вы можете быть уверены, что мы это выясним.

Мы признаем народ гомерои как традиционных владельцев участка, на котором находится ATCA, а народ ваджарри яматжи - как традиционных владельцев участка радиоастрономической обсерватории Мерчисон, где расположены ASKAP и Murchison Widefield Array. Беседа

Кристофер Райсли, научный сотрудник Болонского университета, и Тесса Вернстром, старший научный сотрудник Университета Западной Австралии.