Странные радиокруги (Odd Radio Circles, сокращенно ORCs) представляют собой астрономические объекты, которые излучают только лишь в радиодиапазоне. Из-за созвучия в аббревиатуре их называют орками.
Не наблюдаемые ранее, благодаря новым возможностям в устройстве радиотелескопов, орки впервые открылись людям в 2019 году.
Практически все объекты во Вселенной показывают себя в различных диапазонах волн — рентгене, радио, оптическом и других. Странные радиокруги называются странными, потому что они проявляют себя только в радио диапазоне. И до сих пор не установлено, что же является источником такого излучения. Но по всем наблюдаемым признакам очевидно, что источник этот должен мощным, потому что размеры и интенсивность радиокругов высоки. Чтобы люди могли увидеть изображения таких структур, радиодиапазону волн переприсваиваются цвета из видимого диапазона и создается искусственная палитра (Рис. 1).
Ученые несколько лет строят гипотезы о происхождении данных объектов, но так и не могут найти единственно верного ответа. Так как радиокруги представляют собой кольцеобразные структуры, то изначально предполагалось, что они могут относиться к планетарным туманностям или взрывам сверхновых. В ходе эволюции построения гипотез и их опровержения посредством получения наблюдательных данных было показано, что это ни то, ни другое, а также не другие кольцевые структуры, привычные нам (протопланетные диски, области ионизации водорода, околозвездные оболочки). Возможно, что-то в центре этих структур (мощный источник излучения) подсвечивает газ и создает гало вокруг.
Но отдельные объекты проявляют себя по-разному — только три из известных нам объекта имеют наблюдаемую галактику в центре, остальные же по всей видимости не связаны с галактической активностью. Поэтому вопросы все еще висят в воздухе. Возможно, это взаимодействия с межгалактическим веществом между галактиками и веществами между ними.
Размеры этих структур огромны и составляют несколько световых лет. Из-за большого углового размера ORCs любой из таких переходных процессов должен был произойти в очень далеком прошлом.
Однако расстояния до данных кольцевых объектов так и не удалось померить. Будем надеяться, что в ближайшем будущем удастся определить расстояние до этих загадочных объектов.
ORC были впервые обнаружены астрономами в 2020 году с помощью австралийского телескопа SKA Pathfinder, потом их зафиксировал австралийский телескоп ASKAP. В 2018 году был построен большой южноафриканский телеском MeerCat, который является наимощнейшим и самым чувствительным из радиотелескопов южного полушария. Он предшествует строительству еще более мощного Square Kilometre Array.
ORCs в некоторых отношениях схожи с остатками взрывов сверхновых, так как самые известные Галактические и Магеллановы Облака с ними являются радиоизлучателями, но они излучают также в оптическом и рентгеновском диапазоне в отличие от орков. Вспышки звездообразования также отсекаются как возможное объяснения происхождения радиокругов, потому что имеют излучение и в оптическом диапазоне.
Сначала было обнаружено только три загадочных радиокруга, но позднее было открыто еще два таких объекта и на данный момент мы знаем всего пять ORCs.
По полученным наблюдательным данным три первых открытых сигнала ORCs либо лежат в значительной избыточной плотности вещества, либо имеют близкого компаньона. Если загадочные радиокруги вызваны событием в родительской галактике, то тот факт, что они находятся в области сверхплотности или имеют близкого компаньона, может указывать на важность окружения (повышенной плотности и магнитного поля) для создания данных объектов.
Наблюдения телескопом ASKAP в западной Австралии впервые зафиксировали странный радиокруг на частоте 888 МГц. Этот телескоп покрывает все южное небо. Южноафриканской радиоастрономической обсерваторией MeerKat были проведены наблюдения на частоте 1284 МГц с полосой пропускания (то есть диапазоном частот, на которых антенна работает активно) 800 МГц.
Радиотелескоп MeerKAT получил детальные изображений всех странных радиокругов, открытых ранее. Он состоит из 64 антенн диаметром 13,5 м. При этом 70 % антенн находятся в пределах 1-километрового радиуса, в то время как остальные антенны распределены по более широкой области в 8 км.
Было выявлено два подхода к интерпретации данных. В первом подходе были сделаны поправки на поток, задержку, полосу пропускания и усиление, зависящее от времени, из наблюдений калибратора посредством итеративного процесса с циклами пометки на основе остаточной видимости между итерациями. Второй подход включал калибровку поляризации и спектрального индекса. Около 50% данных, полученных при наблюдениях, оказались непригодными для обработки из-за радиочастотных помех.
Новые данные показывают, что радиокруги – это сферические оболочки диаметром около миллиона световых лет (для сравнения – это в 16 раз больше нашего Млечного пути), окружающие далекие галактики, которые находятся на расстоянии нескольких миллиардов световых лет от нас. Структура радиокругов включает в себя так называемые арки радиоизлучения, а также несколько колец. В различных интерпретациях данных это могут быть внешнее и экваториальное кольцо, заднее и переднее кольцо или еще одно загадочное кольцо.
Арки могут состоять из потоков ионизированного газа, сдуваемых с галактики звездным ветром. Внешнее кольцо является границей сферической полости, также как и «экваториальное» кольцо (рис. 2а). Переднее и заднее кольца могут быть представлены двумя эллипсами, вызванными истечением вещества из центрального источника или радиоджетов, то есть струй энергичных частиц (рис. 2б). Гипотезой для объяснения отдельного кольца может служить след галактики (рис. 2в).
Орки округлые по форме и более яркие по краям, что свидетельствует об и именно круговой или сферической, а не шарообразной структуре. Их легко различить на изображениях с телескопа невооруженным глазом, если перевести радиочастоты в оптический диапазон.
Такие модели, как истечения в результате взрывов звёзд или взрывные волны могут объяснить наблюдаемые кольца как сферическую оболочку, вызванную синхротронным излучением. В данном случае тонкая сферическая оболочка будет видна на изображениях в форме кольца.
Были подтверждены предыдущие наблюдения по отсутствию рентгеновского излучения данных объектов, что ещё раз подтверждает их непохожесть на остатки сверхновых.
Была обнаружена поляризация в изображениях странных радиокругов. Поляризация дает нам информацию о таких характеристиках источников, как магнитное поле, химический состав, форма и размеры рассеивающих излучение частиц, степень однородности поверхностной яркости источника.
Имеются убедительные наблюдательные данные, что родительская галактика – это эллиптическая галактика с очень небольшим текущим звездообразованием, но с сильным звездообразованием в течение последних нескольких миллиардов лет, а в центре этой галактики находится активное ядро галактики, излучающее в радиодиапазоне. Стоит отметить, что центральный компактный источник виден также и в оптическом диапазоне.
Прежде всего окончательно подтвердилось, что странные радиокруги – это не планетарные туманности или остатки сверхновых, так как в трех случаях из пяти в центре орков находятся радиогалактики с активной сверхмассивной черной дырой. Радиогалактика — это тип галактик, которые обладают намного большим радиоизлучением по сравнению с остальными галактиками. Часто она имеет расходящиеся в стороны лучи, которые за сходство принято называть ушами радиогалактик. Они также излучают в радиодиапазоне.
Радиоуши
Хочешь ты слушать
Звуки вселенной
Такой переменной.
Интенсивное радиоизлучение радиогалактик связано с синхротронным излучением, которое возникает при релятивистском движении электронов по криволинейным траекториям в магнитном поле.
Галактики видны в паре радиокругов. Можно было бы предположить, что орки – это гало галактик от энергичных частиц, идущих из центра галактики, но такое объяснение подходит не для всех наблюдений. Наблюдаемые мощные источники, которые могут создать столь сильное излучение отсылают нас к черным дырам. Однако сложно придумать что-то, что создает такие правильные круглые структуры. Еще одна из гипотез круговых структур – это гравитационное линзирование.
В 2021 году австралийские исследователи установили, что причиной появления странных радиокругов могут являться слияния сверхмассивных черных дыр, которые порождают сферические ударные волны. Также это могут быть видимые в радио диапазоне активные ядра галактик или результаты взаимодействия галактик.
Но все же какая природа данных объектов? В относительно недавней статье (MeerKAT uncovers the physics of an Odd Radio Circle, 2022) было показано, что можно рассматривать три сценария происхождения радиокругов:
1) сферическая синхротронная оболочка, вызванная сферическими ударными волнами от таких катастрофических событий, как слияния черных дыр в родительской галактике;
2) сферическая синхротронная оболочка, вызванная ударной волной от звездообразования, происходившего в родительской галактике;
3) радиоджеты, видные нам с торцевого конца.
К сожалению, данные полученные с южноафриканского телескопа не могут однозначно описать происхождение радиокругов и остановиться на одной из этих гипотез.
Ни одна из предложенных моделей адекватно не объясняет все структуры наблюдаемых объектов. Однако авторы предполагают, что внутренняя структура орков может быть результатом взаимодействия галактик с ветром звездообразования.
Для понимания сути данных явлений и разгадки природы странных радиокругов необходимо собрать и обработать большие массивы наблюдательных данных. Это можно будет сделать на телескопах MeerKAT и ASKAP, а также после запуска радиотелескопа Square Kilometer Array (SKA) в 2027 году.
Новое поколение радиотелескопов обладают высокой чувствительностью, имеют хорошую пространственную выборку данных и широкий охват наблюдаемой области.
Возможно, эти радиокруги вскоре покажутся нам не такими странными.
_____________
Материалы стать и опубликованы в журнале "Знание Сила":
Морозова Т. И. Неопознанные кольцевые объекты Вселенной, Знание сила,№2-24, стр. 48-51.