Международная группа астрономов обнаружила гигантское радио-гало в далеком скоплении галактик, существующее значительно дольше, чем предполагали современные модели. По оценкам ученых, возраст структуры может составлять около 100 миллионов лет. Открытие было сделано с помощью современных радиотелескопов и может серьезно изменить понимание того, как эволюционируют крупнейшие структуры во Вселенной.
Речь идет о так называемом радио-гало — огромной области слабого радиоизлучения, окружающей скопление галактик. Подобные структуры считаются одними из самых загадочных объектов современной радиоастрономии.
Новое исследование показало, что радио-гало способны существовать гораздо дольше, чем предполагалось ранее. Это означает, что процессы ускорения частиц и формирования магнитных полей внутри скоплений галактик могут быть значительно более устойчивыми.
Что такое радио-гало
Радио-гало представляют собой гигантские области радиоизлучения, заполняющие пространство между галактиками внутри скоплений.
Их основные особенности:
- огромные размеры;
- крайне слабое излучение;
- отсутствие четкой структуры;
- связь с горячим межгалактическим газом.
(nrao.edu)
Размеры радио-гало могут достигать миллионов световых лет.
В отличие от обычных галактик, источник излучения находится не в отдельных звездах, а в межгалактической среде — разреженном горячем веществе, заполняющем пространство между галактиками скопления.
Почему радио-гало трудно обнаружить
Подобные структуры очень тусклые.
Их невозможно увидеть обычными оптическими телескопами, поскольку радио-гало излучают главным образом в радиодиапазоне.
Для обнаружения таких объектов необходимы:
- высокочувствительные радиотелескопы;
- сложная цифровая обработка сигналов;
- длительные наблюдения;
- фильтрация помех и фонового излучения.
Только за последние годы развитие радиоастрономии позволило массово находить подобные структуры.
Главную роль играют релятивистские электроны
Радиоизлучение радио-гало связано с движением релятивистских электронов — частиц, разогнанных почти до скорости света.
Когда такие электроны движутся в магнитном поле, возникает синхротронное излучение.
Именно оно регистрируется радиотелескопами.
Для существования радио-гало необходимы сразу несколько факторов:
- наличие магнитных полей;
- огромные объемы горячего газа;
- механизмы ускорения частиц;
- длительная стабильность структуры.
Как именно все это поддерживается в течение миллионов лет, до сих пор остается предметом научных споров.
Радио-гало связано со столкновением скоплений галактик
Современные модели предполагают, что радио-гало обычно возникают после гигантских столкновений скоплений галактик.
Когда скопления сталкиваются:
- возникают ударные волны;
- межгалактический газ нагревается;
- усиливается турбулентность;
- частицы ускоряются до огромных энергий;
- магнитные поля перераспределяются.
Эти процессы могут создавать радиоизлучение на масштабах миллионов световых лет.
Однако ранее считалось, что подобные структуры должны быстро исчезать.
Почему новое открытие оказалось неожиданным
Главная проблема связана со временем жизни релятивистских электронов.
Такие частицы быстро теряют энергию:
- из-за синхротронного излучения;
- взаимодействия с магнитными полями;
- столкновений с фотонами космического микроволнового фона.
Согласно большинству моделей, радио-гало должны постепенно угасать сравнительно быстро по космическим меркам.
Но новое наблюдение показало, что обнаруженное радио-гало сохранялось около 100 миллионов лет.
Это означает, что внутри скопления должен существовать механизм постоянного поддержания энергии частиц.
Ученые обнаружили «ископаемое» радио-гало
Исследователи фактически наблюдали так называемое fossil radio halo — «ископаемое радио-гало».
Это особенно важно, поскольку подобные структуры крайне трудно обнаружить.
Со временем радиоизлучение ослабевает, а сами объекты становятся практически невидимыми.
Новая работа показывает, что:
- старые радио-гало могут существовать дольше;
- они могут быть распространены намного шире;
- современные модели недооценивают время их жизни.
Магнитные поля во Вселенной могут быть устойчивее
Открытие также важно для понимания космических магнитных полей.
Сегодня ученые до конца не понимают:
- как возникают магнитные поля на масштабах скоплений галактик;
- как они сохраняются миллиарды лет;
- как взаимодействуют с межгалактическим газом.
Радио-гало напрямую связаны с этими процессами.
Если подобные структуры действительно могут существовать десятки и сотни миллионов лет, это означает, что магнитные поля внутри скоплений обладают высокой устойчивостью.
Скопления галактик — крупнейшие структуры во Вселенной
Скопления галактик являются одними из самых массивных объектов космоса.
Они содержат:
- сотни и тысячи галактик;
- огромные объемы горячего газа;
- большое количество темной материи;
- гигантские магнитные структуры.
(nasa.gov)
Масса крупнейших скоплений может превышать массу Солнца в квадриллионы раз.
Изучение радио-гало помогает исследовать процессы, происходящие именно в этих экстремальных условиях.
Большая часть вещества скоплений невидима
Интересно, что сами галактики составляют лишь небольшую часть массы скоплений.
Основная масса приходится на:
- темную материю;
- горячий межгалактический газ.
Газ внутри скоплений нагрет до десятков миллионов градусов и активно излучает в рентгеновском диапазоне.
Радио-гало возникают именно в этой горячей межгалактической среде.
Радиоастрономия переживает новый этап развития
Открытие стало возможным благодаря современным радиотелескопам нового поколения.
За последние годы радиоастрономия совершила огромный скачок благодаря:
- цифровой обработке данных;
- сверхчувствительным антеннам;
- распределенным сетям телескопов;
- развитию вычислительных технологий.
Сегодня ученые способны обнаруживать крайне слабые сигналы, которые еще недавно были полностью недоступны.
Важную роль играет проект SKA
Одним из главных будущих инструментов станет Square Kilometre Array Observatory.
Проект SKA создается как крупнейшая радиообсерватория в истории человечества.
Она позволит:
- исследовать раннюю Вселенную;
- искать новые радио-гало;
- изучать космические магнитные поля;
- анализировать распределение водорода;
- наблюдать эволюцию галактик.
Многие ученые считают, что именно SKA поможет окончательно понять природу радио-гало.
Радио-гало помогают изучать невидимую Вселенную
Большая часть процессов во Вселенной происходит вне видимого диапазона света.
Радиоастрономия позволяет исследовать:
- магнитные поля;
- релятивистские частицы;
- остатки сверхновых;
- активные ядра галактик;
- структуру межгалактической среды.
(nrao.edu)
Без радиотелескопов многие процессы космоса оставались бы полностью скрытыми.
Открытие может изменить модели эволюции скоплений
Если радио-гало действительно существуют значительно дольше, чем считалось, ученым придется пересматривать модели:
- турбулентности межгалактического газа;
- ускорения частиц;
- поведения магнитных полей;
- столкновений скоплений галактик.
Это особенно важно, поскольку скопления галактик являются ключевыми элементами крупномасштабной структуры Вселенной.
Вселенная может быть заполнена древними радио-гало
Авторы исследования предполагают, что многие «мертвые» радио-гало пока просто остаются невидимыми из-за слабости сигнала.
С появлением новых радиотелескопов ученые могут обнаружить огромное количество подобных структур.
Это позволит:
- восстановить историю столкновений скоплений;
- понять эволюцию космических магнитных полей;
- изучить распределение высокоэнергетических частиц;
- уточнить модели формирования крупномасштабной структуры Вселенной.
Радиотелескопы продолжают открывать скрытую сторону космоса
Современная астрономия все чаще показывает, что видимая Вселенная — лишь небольшая часть происходящих в космосе процессов.
Новое открытие радио-гало возрастом около 100 миллионов лет демонстрирует, насколько сложными и долговечными могут быть гигантские структуры внутри скоплений галактик.
Для астрофизики это особенно важно, поскольку радио-гало напрямую связаны с одними из самых фундаментальных процессов Вселенной — эволюцией магнитных полей, движением высокоэнергетических частиц и формированием крупнейших космических структур.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
