Это многоволновое изображение ORC «Клеверный лист» (нечетный радиокруг) сочетает в себе наблюдения в видимом свете из устаревшего обзора DESI (спектроскопический инструмент темной энергии) в белом и желтом цветах, рентгеновские лучи от XMM-Newton в синем цвете и радиосигналы от ASKAP (Австралийская площадь). Километровый массив Pathfinder) красным цветом. Фото: X. Чжан и М. Клюге (MPE), Б. Корибальски (CSIRO).
Астрономы обнаружили огромные круговые радиочастицы неизвестного происхождения вокруг некоторых галактик. Теперь новые наблюдения за одной из них, получившей название «Клеверный лист», позволяют предположить, что она возникла в результате столкновения групп галактик.
Изучение этих структур, получивших общее название ORC (нечетные радиокруги), в другом свете дало ученым возможность исследовать все: от сверхзвуковых ударных волн до поведения черных дыр.
«Это первый раз, когда кто-либо видел рентгеновское излучение, связанное с ORC», — сказала Эсра Бюльбюль, астрофизик из Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге, Германия, которая руководила исследованием. «Это был недостающий ключ, открывающий тайну формирования Клеверного Листа».
Статья с описанием результатов была опубликована в журнале Astronomy & Astrophysicals 30 апреля.
Случайное открытие
До 2021 года никто не знал о существовании ORC. Благодаря усовершенствованным технологиям радиообзоры стали достаточно чувствительными, чтобы улавливать такие слабые сигналы. В течение нескольких лет астрономы обнаружили восемь таких странных структур, хаотично разбросанных за пределами нашей галактики. Каждая из них достаточно велика, чтобы охватить целую галактику, а иногда и несколько.
«Энергия, необходимая для создания такого обширного радиоизлучения, очень велика», — сказал Бюльбюль. «Некоторые симуляции могут воспроизвести их форму, но не их интенсивность. Никакие симуляции не объясняют, как создавать ORC».
Когда Бюльбюль узнала, что ORC не изучались в рентгеновском свете, она и научный сотрудник Сяоюань Чжан начали изучать данные eROSITA (расширенное рентгеновское исследование с помощью массива визуализирующих телескопов), орбитального немецко-российского рентгеновского телескопа. Они заметили некоторое рентгеновское излучение, которое, судя по времени наблюдения менее семи минут, могло исходить от Клеверного листа.
Это дало им достаточно веских аргументов для того, чтобы собрать большую команду и обеспечить дополнительное время телескопа с помощью XMM-Newton, миссии ЕКА (Европейского космического агентства) при участии НАСА.
«Нам было отведено около пяти с половиной часов, и данные пришли поздно вечером в ноябре», — сказал Бюльбюль. «Я отправил это Сяоюаню, и на следующее утро он пришел ко мне в офис и сказал: «Обнаружение», и я просто начал аплодировать!»
«Нам действительно повезло», — сказал Чжан. «В наблюдениях eROSITA мы видели несколько вероятных точечных источников рентгеновского излучения, близких к ORC, но не расширенное излучение, которое мы видели с помощью XMM-Newton. Оказывается, источники eROSITA не могли исходить от «Клеверлифа», но это было достаточно убедительно. чтобы заставить нас присмотреться поближе».
Это изображение первого из когда-либо обнаруженных ORC (нечетного радиокольца), метко названного ORC-1, наложено зеленым цветом на радионаблюдения южноафриканского телескопа MeerKAT поверх оптической и инфракрасной карты международного проекта DES (Dark Energy Survey). Авторы и права: Дж. Инглиш (Университет Манитобы)/EMU/MeerKAT/DES (CTIO)
Несущиеся галактики
Рентгеновское излучение отслеживает распределение газа внутри группы галактик, как полицейская лента вокруг места преступления. Наблюдая за тем, как этот газ был нарушен, ученые определили, что галактики, заключенные в Клеверном листе, на самом деле являются членами двух отдельных групп, которые сблизились достаточно близко, чтобы слиться. Температура излучения также намекает на количество задействованных галактик.
Когда галактики соединяются, их более высокая совокупная масса увеличивает их гравитацию. Окружающий газ начинает падать внутрь, что нагревает падающий газ. Чем больше масса системы, тем горячее становится газ.
Судя по рентгеновскому спектру излучения, она составляет около 15 миллионов градусов по Фаренгейту, или от 8 до 9 миллионов градусов по Цельсию. «Это измерение позволило нам сделать вывод, что ORC Клеверный лист состоит из примерно дюжины галактик, которые притягиваются друг к другу, что согласуется с тем, что мы видим на изображениях в глубоком видимом свете», — сказал Чжан.
Команда предполагает, что слияние породило ударные волны, которые ускоряли частицы и создавали радиоизлучение.
«Галактики постоянно взаимодействуют и сливаются», — сказал Ким Уивер, научный сотрудник проекта НАСА XMM-Ньютон в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который не принимал участия в исследовании. «Но источник ускоренных частиц неясен. Одна интересная идея мощного радиосигнала состоит в том, что резидентные сверхмассивные черные дыры в прошлом переживали эпизоды экстремальной активности, и реликтовые электроны от этой древней активности были повторно ускорены в результате этого слияния. «
Хотя слияния групп галактик являются обычным явлением, ORC очень редки. И до сих пор неясно, как эти взаимодействия могут вызывать столь сильное радиоизлучение.
«Слияния составляют основу структурного формирования, но в этой системе есть что-то особенное, что приводит к резкому увеличению радиоизлучения», — сказал Бюльбюль. «Сейчас мы не можем сказать, что это такое, поэтому нам нужно больше и более глубокие данные как с радио, так и с рентгеновских телескопов».
Команда разгадала тайну природы ORC Клеверного листа, но также открыла дополнительные вопросы. Они планируют изучить Клеверный лист более подробно, чтобы найти ответы.
«Мы можем многому научиться из более тщательных наблюдений, потому что эти взаимодействия требуют всех видов науки», — говорит Уивер. «В этом маленьком пакете собрано почти все, с чем мы имеем дело в космосе. Это похоже на мини-вселенную».
