Lehdistötiedote

Arvoituksellinen radiopurkaus valaisee galaksin levollisen ​halon

26. syyskuuta 2019

Tähtitieteilijät ovat ESO:n VLT-teleskoopin avulla havainneet ensimmäisen kerran galaksin halon läpi tulevan nopean radiopurkauksen. Alle millisekunnin kestoinen arvoituksellinen kosmisten radioaaltojen purkaus läpäisi melkein häiriöittä galaksin halon, minkä vuoksi halolla oletetaan olevan hämmästyttävän alhainen tiheys ja heikko magneettikenttä. Tätä uutta menetelmää voitaisiin käyttää myös muiden vaikeasti havaittavien eri galaksien ympärillä olevien halojen tutkimiseen .

Käyttämällä yhtä kosmista mysteeriä toisen mysteerin tutkimiseksi tähtitieteilijät analysoivat nopeasta radiopurkauksesta saatavan signaalin, minkä avulla selvitettiin massiivisen galaksin halon diffuusin kaasun olemusta [1]. Marraskuussa 2018 Australian Square Kilometre Array Pathfinder eli ASKAP-radioteleskooppi havaitsi nopean radiopurkauksen nimeltään FRB 181112. ESO:n VLT-kaukoputkella ja muilla kaukoputkilla tehdyt jatkohavainnot osoittivat, että radiopulssit olivat kulkeneet massiivisen galaksin halon läpi matkallaan kohti Maata. Tämä mahdollisti tähtitieteilijöille halossa olevan kaasun luonteen analysoimisen radiosignaalin avulla.

“Nopeasta radiopurkauksesta tuleva signaali paljasti galaksin ympärillä olevan magnettikentän ja halon kaasun luonteen. Tutkimus osoittaa uuden luovan tekniikan toimivuuden galaksien halojen tutkimisessa”, tähtitieteen ja astrofysiikan professori J. Xavier Prochaska sanoi (University of California Santa Cruz ja tänään julkaistun Science artikkelin päätekijä, missä tämän päivän tuokset on julkaistu).

Tähtitietelijät eivät vieläkään tiedä nopeiden radiopurkausten syytä ja vasta äskettäin niitä on pystytty jäjittämään takaisin niihin galakseihin, mistä ne ovat saaneet alkunsa. “Kun me asetimme radio- ja optiset kuvat päällekäin, niin me näimme heti, että nopea radiopurkaus lävisti tämän sattumalta edessä olevan galaksin halon ja ensimmäistä kertaa meillä oli mahdollisuus tutkia galaksin ympärillä olevaa muuten näkymätöntä materiaa”, tohtorikoulutettava ja yksi artikkelin tekijöistä Cherie Day sanoi (Swinburn University of Technology, Australia).

Galaksin halo sisältää sekä pimeää- että tavallista ainetta, tai baryonista ainetta, mikä on pääasiassa kuumassa ioninisoituneen kaasun muodossa. Kun massiivisen galaksin näkyvä osa on halkaisijaltaan noin 30000 valovuotta, niin miltei pallomaisen halon halkaisija on kymmenen kertaa suurempi. Halossa oleva kaasu saa aikaan tähtien muodostusta, kun se putoaa kohti galaksin keskustaa, kun taas muut prosessit, kuten supernovaräjähdykset voivat sysätä materiaa ulos tähtienmuodostusalueista ja edelleen galaktiseen haloon. Yksi syy siihen, miksi tähtitieteilijät haluavat tutkia halossa olevaa kaasua on se, että he haluavat ymmärtää paremmin näitä kaasua liikuttavia prosesseja, mitkä voivat lopettaa tähtien syntymisen.

“Tämä galaksi on yllättävän rauhallinen”, Prochaska sanoi. “Radiosignaali säilyi suurimmaksi osaksi häiriöttömänä, mikä on selvässä ristiriidassa sen kanssa, mitä aikaisemmat mallit ovat ennustaneet purkaukselle tapahtuvan”.

FRB 181112:n signaali koostui muutamista pulsseista, joista jokainen kesti alle 40 mikrosekuntia (10000 kertaa lyhyempi aika kuin silmän räpäytys). Pulssien lyhyt kesto asettaa ylärajan halon kaasun tiheydelle, koska kulkiessaan tiheämmän aineen läpi se pidentäisi radiosignaalin pulssin kestoa. Tutkijat laskivat, että halon kaasun tiheys täytyy olla alle 0.1 atomia kuutiosenttimetrissä (tämä vastaa useita satoja atomeja tavallisen ilmapallon tilavuudessa) [2].

“Kuten kesäpäivän kuumuuttaan hohtava ilma, tässä massiivisessa galaksissa olevan ohuen kaasukehän tulisi taivuttaa nopean radiopurkauksen signaalin kulkua. Sen sijaan vastaanotimme niin koskemattoman ja terävän signaalin, että siinä ei näy tästä kaasusta mitään merkkiä”, yksi artikkelin kirjoittajista tähtitieteilijä Jean-Pierre Macquart  sanoi (the International Center for Radio Astronomy Research at Curtin University, Australia).

Tässä tukimuksessa ei löytynyt mitään todisteita sen puolesta, että halon kaasussa olisi kylmiä pyörteisiä pilviä tai pieniä kylmän kaasun kasautumia. Nopean radiopurkauksen signaali antoi tietoa myös halon magneettikentästä, mikä on hyvin heikko eli miljardeja kertoja heikompi kuin jääkaappimagneetti.

Tässä vaiheessa, kun tuloksia on vasta yhdestä galaksista tutkijat eivät voi vielä sanoa onko mittaukisista saatu alhainen tiheys ja pieni magneettikentän voimakkuus epätavallisia tai ovatko aikaisemmat mallit galaksien haloista yliarvioineet näitä ominaisuuksia. Prochaska sanoi, että hän odottaa ASKAP:in ja muiden radioteleskooppien käyttävän nopeita radiopulsseja useiden galaksien halojen tutkimisessa ja niiden ominaisuuksien selvittämisessä.

“Tämä galaksi saattaa olla aivan ertyinen,” hän sanoi. “Meidän täytyy käyttää nopeita radiopurkauksia kymmenien tai satojen eri massaisten ja ikäisten galalaksien tutkimisessa, jotta saamme määritettyä koko populaation ominaisuudet”. Optiset teleskoopit kuten ESO:n VLT näyttelevät tärkeää roolia purkausten lähtögalaksien etäisyyksien paljastamisessa, sekä sen selvittämisessä onko purkaus kulkenut jonkin etualan galaksin halon läpi.

Lisähuomiot

[1] Valtava alhaisen tiheyden omaava halo ulottuu kauas galaksin tähtikeskittymän, eli näkyvän alueen ulkopuolelle. Vaikka tämä kuuma diffuusi kaasu on massaltaan suurempi kuin tähtien massa on sen tutkiminen hyvin vaikeaa.

[2] Tiheysrajoitteet rajoittavat myös turbulenssin olemassaoloa, sekä viileiden kaasupilvien mahdollisuutta. Viileä on tässä yhteydessä suhteellinen käsite ja se tarkoittaa noin 10 000°C lämpötiloja, kun taas kuuman halon lämpötila on noin mijoona astetta.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty 26. syyskuuta 2019 julkaistussa tieteellisessä artikkelissa Science tiedejulkaisussa.

Ryhmässä mukana ovat: J. Xavier Prochaska (University of California Observatories-Lick Observatory, University of California, USA ja Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Japani), Jean-Pierre Macquart (International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University, Australia), 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, Australia), Cherie K. Day (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia and Commonwealth Science ja Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Lachlan Marnoch (Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia ja Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Australia), Stuart Ryder (Department of Physics and Astronomy, Macquarie University, Australia), Adam Deller (Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Australia), Keith W. Bannister (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Shivani Bhandari (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Rongmon Bordoloi (North Carolina State University, Department of Physics, USA),  John Bunton (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), 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, Australia), Elizabeth Mahony (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Chris Phillips (Commonwealth Science and Industrial Research Organisation, Australia Telescope National Facility, Australia), Hao Qiu (Sydney Institute for Astronomy, School of Physics, University of Sydney, Australia), Nicolas Tejos (Instituto de Fisica, Pontificia Universidad Catolica de Valparaiso, Chile).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Alkuperäinen tutkimusartikkeli
• VLT:n kuvia

Yhteystiedot

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

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

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

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media