„Prelom v prehlbovaní nášho chápania týchto štruktúr,“ hovorí výskumník.

Nová snímka ďalekohľadu mliečna dráha turbulentné centrum galaxie odhalilo takmer 1000 záhadných vlákien, ktoré sa nevysvetliteľne hoja vo vesmíre.

Jednorozmerné vlákna (alebo vlákna) sa tiahnu až do dĺžky 150 svetelných rokov a nachádzajú sa v pároch a zhlukoch, často naukladaných rovnako rozmiestnených vedľa seba ako struny na harfe. Pomocou pozorovaní na rádiových vlnových dĺžkach, Severozápadná univerzitaFarhad Yusef-Zadeh objavil na začiatku osemdesiatych rokov vysoko organizované magnetické vlákna. Zistil, že mystifikačné vlákna obsahujú elektróny kozmického žiarenia rotujúce magnetické pole rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Ich pôvod však odvtedy zostáva nevyriešenou záhadou.

Teraz nový obrázok odhalil 10-krát viac vlákien, ako sa predtým objavilo, čo Yusefovi-Zadehovi a jeho tímu umožnilo po prvýkrát vykonať štatistické štúdie v širokej populácii vlákien. Tieto informácie by im potenciálne mohli pomôcť konečne odhaliť dlhotrvajúcu záhadu.

Štúdia je teraz dostupná online a bola prijatá na publikovanie The Astrophysical Journal Letters.^[1]

Farhad Yusef-Zadeh. Kredit: Northwestern University

„Dlho sme študovali jednotlivé vlákna s krátkozrakým pohľadom,“ povedal Yusef-Zadeh, hlavný autor článku. „Teraz konečne vidíme veľký obraz – panoramatický výhľad plný množstva vlákien. Len skúmanie niekoľkých vlákien sťažuje vyvodenie skutočného záveru o tom, čo sú a odkiaľ pochádzajú. Toto je prelom v prehlbovaní nášho chápania týchto štruktúr.“

Yusef-Zadeh je profesorom fyziky a astronómie na Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences a členom Centra pre interdisciplinárny výskum a výskum v astrofyzike (CIERA).

Konštrukcia obrazu

Aby astronómovia vytvorili obraz s jasnosťou a detailmi, strávili tri roky prieskumom oblohy a analýzou údajov na Juhoafrickom rádioastronomickom observatóriu (SARAO). Pomocou 200 hodín času na teleskope SARAO MeerKAT výskumníci poskladali mozaiku 20 samostatných pozorovaní rôznych častí oblohy smerom k stredu galaxie Mliečna dráha, 25 000 svetelných rokov od Zeme.

Úplný obrázok bude uverejnený v dodatočnom sprievodnom dokumente^[2] — vedený astrofyzikom z Oxfordskej univerzity Ianom Heywoodom a spoluautorom Yusef-Zadeh — v pripravovanom čísle The Astrophysical Journal. Spolu s vláknami obrázok zachytáva rádiové emisie z mnohých javov, vrátane výbuchov hviezd, hviezdnych škôlok a nových zvyškov supernov.

„Dlho sme študovali jednotlivé vlákna s krátkozrakým pohľadom. Teraz konečne vidíme veľký obraz – panoramatický výhľad plný množstva vlákien. Toto je prelom v prehlbovaní nášho chápania týchto štruktúr.“
— Farhad Yusef-Zadeh, astrofyzik

„Strávil som veľa času pozeraním sa na tento obrázok v procese práce na ňom a nikdy ma to neomrzí,“ povedal Heywood. „Keď ukazujem tento obrázok ľuďom, ktorí môžu byť noví v rádioastronómii alebo s ňou nie sú oboznámení, vždy sa snažím zdôrazniť, že rádiové zobrazovanie nebolo vždy týmto spôsobom, a aký je v skutočnosti MeerKAT skok vpred, pokiaľ ide o jeho schopnosti. Bolo to skutočné privilégium pracovať v priebehu rokov s kolegami zo SARAO, ktorí postavili tento fantastický ďalekohľad.“

Na zobrazenie vlákien v jemnejšom meradle použil tím Yusef-Zadeh techniku ​​na odstránenie pozadia z hlavného obrazu, aby sa vlákna izolovali od okolitých štruktúr. Výsledný obrázok ho ohromil.

„Je to ako moderné umenie,“ povedal. „Tieto obrázky sú také krásne a bohaté a tajomstvo toho všetkého to robí ešte zaujímavejším.“

Čo vieme

Zatiaľ čo mnohé záhady okolo vlákien zostávajú, Yusef-Zadeh dokázal poskladať viac z puzzle. Vo svojom najnovšom článku on a jeho spolupracovníci konkrétne skúmali magnetické polia vlákien a úlohu kozmického žiarenia pri osvetľovaní magnetických polí.

Zmeny v žiarení emitovanom z vlákien sú veľmi odlišné od tých, ktoré majú novoobjavený zvyšok supernovy, čo naznačuje, že tieto javy majú odlišný pôvod. Vedci zistili, že je pravdepodobnejšie, že vlákna súvisia s minulou aktivitou centrálneho supermasívu Mliečnej dráhy. čierna diera skôr ako koordinované výbuchy supernov. Vlákna by tiež mohli súvisieť s obrovskými bublinami emitujúcimi rádiové vlny, ktoré Yusef-Zadeh a jeho spolupracovníci objavili v roku 2019.

A zatiaľ čo Yusef-Zadeh už vedel, že vlákna sú magnetizované, teraz môže povedať, že magnetické polia sú pozdĺž vlákien zosilnené, čo je primárna charakteristika, ktorú majú všetky vlákna spoločnú.

„Je to prvýkrát, čo sme boli schopní študovať štatistické charakteristiky vlákien,“ povedal. „Štúdiom štatistík sa môžeme dozvedieť viac o vlastnostiach týchto nezvyčajných zdrojov.

„Ak by ste boli napríklad z inej planéty a stretli ste na Zemi jedného veľmi vysokého človeka, mohli by ste predpokladať, že všetci ľudia sú vysokí. Ak si však robíte štatistiky naprieč populáciou ľudí, môžete zistiť priemernú výšku. To je presne to, čo robíme. Môžeme nájsť silu magnetických polí, ich dĺžky, ich orientáciu a spektrum žiarenia.“

Čo nevieme

Medzi zostávajúcimi záhadami je Yusef-Zadeh obzvlášť zmätený tým, ako štruktúrované vlákna vyzerajú. Vlákna v zhlukoch sú od seba oddelené v úplne rovnakých vzdialenostiach – približne vo vzdialenosti od Zeme k Slnku.

Zhluk podobný harfe. Kredit: Northwestern University

„Skoro pripomínajú pravidelné rozostupy v solárnych slučkách,“ povedal. „Stále nevieme, prečo prichádzajú v zhlukoch, ani nerozumieme tomu, ako sa oddeľujú, a nevieme, ako k týmto pravidelným rozostupom dochádza. Zakaždým, keď odpovieme na jednu otázku, vyvstane viacero ďalších otázok.“

Yusef-Zadeh a jeho tím tiež stále nevedia, či sa vlákna pohybujú alebo menia v priebehu času, alebo čo spôsobuje zrýchlenie elektrónov takou neuveriteľnou rýchlosťou.

„Ako urýchľujete elektróny rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla?“ spýtal sa. „Jednou myšlienkou je, že na konci týchto vlákien sú nejaké zdroje, ktoré urýchľujú tieto častice.“

Čo bude ďalej

Yusef-Zadeh a jeho tím v súčasnosti identifikujú a katalogizujú každé vlákno. Uhol, krivka, magnetické pole, spektrum a intenzita každého vlákna budú zverejnené v budúcej štúdii. Pochopenie týchto vlastností poskytne astrofyzickej komunite viac kľúčov k nepolapiteľnej povahe vlákien.

Teleskop MeerKAT, ktorý bol spustený v júli 2018, bude pokračovať v odhaľovaní nových tajomstiev.

„Určite sme o krok bližšie k lepšiemu porozumeniu,“ povedal Yusef-Zadeh. „Veda je však séria pokroku na rôznych úrovniach. Dúfame, že sa dostaneme k podstate veci, ale sú potrebné ďalšie pozorovania a teoretické analýzy. Úplné pochopenie zložitých objektov si vyžaduje čas.“

Referencie:

1. „Štatistické vlastnosti populácie vlákien galaktického stredu: spektrálny index a ekvipartičné magnetické pole“ od F. Yusef-Zadeh, RG Arendt, M. Wardle, I. Heywood, WD Cotton a F. Camilo, prijaté, The Astrophysical Journal Letters.
   arXiv:2201.10552
2. “1,28 GHz MeerKAT Galactic Center Mosaic” od I. Heywood, I. Rammala, F. Camilo, WD Cotton, F. Yusef-Zadeh, TD Abbott, RM Adam, G. Adams, MA Aldera, KMB Asad, EF Bauermeister, TGH Bennett, HL Bester, WA Bode, DH Botha, AG Botha, LRS Brederode, S. Buchner, JP Burger, T. Cheetham, DIL de Villiers, MA Dikgale-Mahlakoana, LJ du Toit, SWP Esterhuyse, BL Fanaroff, S. Február, DJ Fourie, BS Frank, RRG Gamatham, M. Geyer, S. Goedhart, M. Gouws, SC Gumede, MJ Hlakola, A. Hokwana, SW Hoosen, JMG Horrell, B. Hugo, AI Isaacson, GIG Józsa, JL Jonas, AF Joubert, RPM Julie, FB Kapp, JS Kenyon, PPA Kotzé, N. Kriek, H. Kriel, VK Krishnan, R. Lehmensiek, D. Liebenberg, RT Lord, BM Lunsky, K. Madisa, LG Magnus, O Mahgoub, A. Makhaba, S. Makhathini, JA Malan, JR Manley, SJ Marais, A. Martens, T. Mauch, BC Merry, RP Millenaar, N. Mnyandu, OJ Mokone, TE Monama, MC Mphego, WS New, B Ngcebetsha, KJ Ngoasheng, MT Ockards, N. Oozeer, AJ Otto, SS Passmoor, AA Patel, A. Peens-Hough, SJ Perkins, AJT Ramila, NMR Ramanujam, ZR Ramudzuli, SM Ratcliffe, A. Robyntjies, S. Salie, N. Sambu, CTG Schollar, LC Schwardt, RL Schwartz, M. Serylak, R. Siebrits, SK Sirothia, M. Slabber, OM Smirnov, L. Sofeya, B. Taljaard, C. Tasse, AJ Tiplady, O. Toruvanda, SN Twum , TJ van Balla, A. van der Byl, C. van der Merwe, V. Van Tonder, R. Van Wyk, AJ Venter, M Venter, BH Wallace, MG Welz, LP Williams a B. Xaia, prijaté, The Astrophysical Journal Letters.
   arXiv:2201.10541

Štúdia „Štatistické vlastnosti populácie vlákien galaktického centra: spektrálny index a ekvipartičné magnetické pole“ bola podporená NASA a Národná vedecká nadácia.