Астрономи прийняли радіовсплеск, що пройшов шляхом до Землі через іншу галактику, що дозволило визначити характеристики її гало.
Розглядаючи галактики в телескоп, астрономи бачать безліч зірок, що світяться яскраво. Однак у них міститься далеко не вся речовина. Галактики оточує величезне гало, яке простягається далеко за межі частини, що світиться, де зосереджені зірки. Зоряна частина масивної галактики може мати розміри в десятки тисяч світлових років (діаметр нашого Чумацького шляху близько 100 000 світлових років), а майже сферичне гало приблизно в десять разів більше.
Гало галактики містить як темну матерію, так і звичайну «баріонну» матерію, яка представляє собою в основному гарячий іонізований газ низької щільності. Хоча цей газ має масу навіть більше, ніж всі зірки галактики, його майже неможливо побачити і вивчити. Адже цей газ не тільки володіє масою, що впливає на поведінку галактики, але і служить резервуаром речовини для процесів зіркоутворення. Деякі процеси всередині галактик (вибухи наднових, «вітер» від надмасивних чорних дір) здатні навпаки, викидати речовину в гало, зупиняючи процес зіроутворення. Тому вивчення гало допоможе астрономам ліпше зрозуміти всі ці процеси.
Нещодавно астрономам пощастило. У листопаді 2018 року радіотелескоп ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) в Австралії зареєстрував так званий швидкий радіовсплеск, який отримав позначення FRB 181112. Ці короткі, тривалістю кілька мілісекунд, радіоімпульси, що приймаються телескопами, дуже цікавлять астрофізиків, оскільки за оцінками типова енергія радіовсплісків дорівнює енергії, випромінюваній Сонцем протягом декількох десятків тисяч років. Вони поки не знають, що викликає швидкі радіовспліски, і лише недавно зуміли простежити виникнення декількох дуже швидких і дуже яскравих радіосигналів в галактиках.
Хоча сам сигнал сплеску приймають радіотелескопи, оптичні телескопи теж відіграють у дослідженнях важливу роль - вони дозволяють визначити факт проходження сплеску через будь-які галактики і відстань до них.
Цього разу після повідомлення ASKAP негайно послідували оптичні спостереження на Дуже Великому Телескопі ESO (VLT) та інших телескопах, які не тільки встановили галактику, що породила сплеск, але і показали, що прийняті радіоімпульси на шляху до Землі пройшли крізь гало іншої масивної галактики. Ця обставина дозволила астрономам за допомогою аналізу радіосигналу досліджувати природу газу в гало. Вперше вони отримали можливість прямого зондування зазвичай невидимої речовини, що оточує галактику. Можна сказати, що астрономи використовували одну загадку для дослідження іншої.
Сигнал FRB 181112 загальною тривалістю менше мілісекунди складався з декількох імпульсів тривалістю менше 40 мікросекунд (мільйонних часток секунди). Така мала тривалість імпульсів дозволила астрономам оцінити максимальну щільність газу в гало, оскільки проходження крізь більш щільне середовище розтягнуло б радіосигнал у часі. Дослідники розрахували, що щільність газу в гало повинна бути менш 0.1 атома на кубічний сантиметр. Це відповідає кільком сотням атомів в обсязі дитячої повітряної кульки.
Щільність у свою чергу накладає обмеження і на ступінь турбулентності або кількість хмар холодного газу в гало. Тут слово «холодний» має відносне значення: воно означає температури близько 10 000 ° C, що трохи порівняно з температурою гарячого газу в гало, що досягає приблизно 1 мільйона градусів
. Крім того, гало в цій галактиці виявилося несподівано спокійним. Турбулентні хмари, невеликі щільні скупчення газу і навіть його «тремтіння» подібно повітря в спекотний сонячний день в протяжному гало повинні були б деформувати сигнал швидкого радіовспліску. Але замість цього астрономи прийняли настільки нескажений і чіткий імпульс, що в ньому взагалі немає ніяких ознак проходження крізь газ. Це різко суперечить модельним передбаченням, зробленим раніше. Одна з «улюблених» моделей астрофізиків якраз полягає в тому, що гало пронизане хмарами комкуватого газу
.Швидкий радіовсплеск також дозволив отримати інформацію про магнітне поле гало, яке виявилося дуже слабким - в мільярд разів слабкіше магніту на вашому холодильнику
. За результатами спостереження лише одного галактичного гало астрономи не можуть сказати, наскільки знайдені низькі щільність і магнітне поле гало типові для галактик. Можливо, це просто незвичайна галактика, а можливо, попередні дослідження дали завищені оцінки цих параметрів
. У будь-якому випадку астрономи отримали новий метод вивчення природи «невловимих» галактичних гало, який буде застосований при спостереженнях гало в інших галактиках.
Результати дослідження опубліковані в журналі Science.За
матеріалами ESO