Záhadný rádiový záblesk prošel poklidným halem galaxie

Astronomové analyzovali signál jevu známého jako rychlý rádiový záblesk (fast radio burst, FRB) a s jeho pomocí se pokusili získat informace o řídkém plynu v halu hmotné galaxie [1], využili tak vlastnosti jednoho tajemného jevu k výzkumu jiné kosmické záhady. V listopadu 2018 zaznamenal australský radioteleskop ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) rychlý rádiový záblesk, který dostal označení FRB 181112. Následná pozorování provedená pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) i dalšími přístroji odhalila, že rádiový puls na cestě k Zemi prošel skrze halo hmotné mezilehlé galaxie. Astronomové se proto pokusili analyzovat zachycený rádiový signál a získat jeho pomocí cenné informace o plynu v jejím galaktickém halu.    

„Signál tohoto rádiového záblesku v sobě nese informaci o vlastnostech magnetického pole mezilehlé galaxie a rozložení plynu v jejím halu. Naše studie předkládá novou techniku zkoumání galaktických halo,“ říká J. Xavier Prochaska, profesor astronomie a astrofyziky (University of California Santa Cruz) a vedoucí autor článku v prestižním vědeckém časopise Science, ve kterém byly výsledky prezentovány.       

Astronomové stále nevědí, jaká je příčina krátkých rádiových záblesků a teprve nedávno se jim podařilo vystopovat původ několika velmi krátkých a mimořádně intenzivních pulsů až do vzdálených galaxií, kde k jejich vzniku došlo. „Když proložíme optický snímek s rádiovým záznamem, je zjevné, že signál tohoto rychlého rádiového záblesku prolétl halem mezilehlé hmotné galaxie, máme tak poprvé příležitost přímo zkoumat jinak nepozorovatelnou hmotu, která se zde nachází,“ poznamenává spoluautor Cherie Day (PhD student, Swinburne University of Technology, Austrálie).

Galaktické halo (galactic halo) obsahuje jak temnou hmotu tak běžnou (baryonovou) látku, která je primárně v podobě horkého ionizovaného plynu. Zatímco pozorovatelná svítící část galaxie má průměr asi 30 tisíc světelných let, její sférické halo může být i desetkrát větší. Plyn pocházející z galaktického hala je zdrojem hmoty pro tvorbu hvězd (star formation), jelikož postupně padá směrem ke středu galaxie. Jiné procesy, například exploze supernov, naopak mohou hmotu z oblastí tvorby hvězd vyvrhnout až do hala galaxie. Jedním z důvodů, proč astronomové chtějí zkoumat plyn v galaktickém halo je tedy lepší pochopení těchto ejekčních procesů, které mohou vést ke zpomalování tvorby hvězd.        

„Halo této galaxie je překvapivě poklidné“, doplňuje Xavier Prochaska. „Rádiový záblesk jím prošel prakticky beze změny, což je v příkrém kontrastu s tím, co by se podle modelů mělo s takovým signálem stát.“   

Celý signál záblesku FRB 181112 se skládal z několika pulsů, každý z nich trval méně než 40 mikrosekund (desettisíckrát méně než mrk … ;-). Krátká doba trvání jevu poskytuje informaci pro určení horní hranice hustoty plynu v halu galaxie, protože průchod hustějším prostředím by způsobil prodloužení rádiového signálu. Vědci spočetli, že střední hustota plynu v halu musí být nižší než asi 0,1 atomu na centimetr krychlový (v objemu odpovídajícímu dětskému míči se nachází pouze několik set částic). [2]   

„Stejně jako turbulence vzduchu za horkého letního dne deformují obraz vzdálených objektů, měla by i řídká obálka této hmotné galaxie ovlivňovat šíření signálu krátkého rádiového záblesku. Místo toho jsme však zaznamenali signál tak dokonalý a ostrý, jako by se tam ani žádný plyn nenacházel,“ upozorňuje spoluautor článku, astronom Jean-Pierre Macquart (International Center for Radio Astronomy Research, Curtin University, Austrálie).

V rámci našeho výzkumu jsme nenašli žádné známky ani turbulentních oblaků ani malých hustých shluků chladného plynu. Signál krátkého rádiového záblesku také poskytl informace o magnetickém poli v galaktickém halu, které je velmi slabé.

V tomto okamžiku, když jsou k dispozici údaje pouze o jednom galaktickém halu, nelze říci, zda jsou zjištěné údaje – nízká hustota a slabé magnetické pole – neobvyklé, nebo zda předchozí výzkumy jiných galaktických halo nadhodnotily tyto jejich parametry. Profesor Xavier Prochaska očekává, že v budoucnu budou ASKAP i další radioteleskopy využívat rychlé rádiové záblesky ke studiu mnoha dalších galaktických halo a poodhalí tajemství jejich složení.    

„Tato galaxie může být výjimečná,“ dodává Xavier Prochaska. „Rychlé rádiové záblesky bude potřeba využít ke studiu desítek, možná stovek dalších galaxií s odlišnými hmotnostmi a různého stáří, abychom správně posoudili celou populaci.“ Dalekohledy pro viditelnou oblast, jako je třeba ESO/VLT, sehrají klíčovou roli při zjišťování vzdálenosti galaxií, ze kterých rádiový záblesk procházel, stejně jako při určení, zda mohl projít halem některé z mezilehlých galaxií.

Poznámky

[1] Mohutné halo řídkého plynu dalece přesahuje zářivou (viditelnou) část galaxie, kde se koncentrují hvězdy. Ačkoliv tento horký, rozptýlený plyn může tvořit i větší část hmoty celé galaxie než hvězdy, je velmi obtížné ho zkoumat.

[2] Limit hustoty rovněž omezuje možnost turbulencí nebo přítomnosti oblaků chladného plynu v halu. Chladný v tomto smyslu je relativní pojem, protože se jedná o teploty kolem 10 000° C, zatímco horký plyn v halu má teplotu kolem 1 000 000° C. 

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku, který byl publikován 26. září ve vědeckém časopise Science.

Složení týmu: J. Xavier Prochaska (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA a Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Japonsko), Jean-Pierre Macquart (International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University, Austrálie), Matthew McQuinn (Astronomy Department, University of Washington, USA), Sunil Simha (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA), Ryan M. Shannon (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Austrálie), Cherie K. Day (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Austrálie a Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie), Lachlan Marnoch (Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie a Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Austrálie), Stuart Ryder (Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Austrálie), Adam Deller (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Austrálie), Keith W. Bannister (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie), Shivani Bhandari (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie), Rongmon Bordoloi (North Carolina State University, Department of Physics, USA), John Bunton (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie), Hyerin Cho (School of Physics and Chemistry, Gwangju Institute of Science and Technology, Korea), Chris Flynn (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Austrálie), Elizabeth Mahony (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie), Chris Phillips (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Austrálie), Hao Qiu (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, Austrálie) a Nicolas Tejos (Instituto de Fisica, Pontificia Universidad Catolica de Valparaiso, Chile).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnější pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 16 členských států: Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje VLT (Velmi velký dalekohled) a dva přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem světa, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem zařízení APEX a revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• Vědecký článek
• Snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Soňa Ehlerová; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

J. Xavier Prochaska; UCO/Lick Observatory — UC Santa Cruz; USA; Tel.: +1 (831) 295-0111; Email: xavier@ucolick.org

Cherie Day; Centre for Astrophysics and Supercomputing — Swinburne University of Technology; Australia; Tel.: +61 4 5946 3110; Email: cday@swin.edu.au

Mariya Lyubenova; ESO Head of Media Relations; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6188; Email: pio@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1915