W ostatnich latach zarejestrowaliśmy setki krótkich, silnych błysków światła pochodzących spoza naszej galaktyki. W nowej pracy naukowcy wykorzystują te enigmatyczne szybkie błyski radiowe (FRB), aby dowiedzieć się czegoś o gorącym gazie wokół galaktyk.
Epicka podróż
Szybkie błyski radiowe to intensywne wybuchy emisji radiowej, które trwają zaledwie milisekundy. U ich źródła, światło tych potężnych erupcji zawiera w jednej milisekundzie tyle energii, ile Słońce emituje w ciągu 3 dni. Jednak FRB powstają głównie w odległych źródłach, które mogą się znajdować miliardy lat świetlnych od nas – światło ma więc przed sobą długą podróż.
Aby dotrzeć do nas, emisja ta najpierw przechodzi przez lokalne otoczenie źródła, następnie przez ośrodek międzygwiazdowy (ISM) galaktyki gospodarza, a potem przez halo tej galaktyki. Po uwolnieniu się z galaktyki, światło musi przemierzyć ośrodek międzygalaktyczny (IGM) – potencjalnie przechodząc przez interweniujące halo galaktyczne – zanim ostatecznie trafi do środowiska okołogalaktycznego wokół Drogi Mlecznej. Tam podróżuje przez halo i ośrodek międzygwiazdowy Galaktyki i w końcu dociera do naszych detektorów tutaj, na Ziemi.
Ta epicka podróż najeżona jest wieloma przeszkodami: emisja rozbłysków napotyka skupiska gorącego, zjonizowanego i turbulentnego gazu spowalniającego jej przejście i pozostawia wyraźne ślady na sygnale, który ostatecznie widzimy. W nowych badaniach prowadzonych przez Stellę Ocker (Uniwersytet Cornella), naukowcy wykorzystali te ślady do zbadania zjonizowanego gazu, który znajduje się pomiędzy nami a odległymi FRB.
Ograniczenia wynikające z błysków i impulsów
Ocker i jej współpracownicy łączą wiele różnych metod diagnostycznych:
- rozproszenie błysków, które występuje, gdy różne częstotliwości światła przechodzą przez gaz interweniujący z różnymi prędkościami;
- impulsy i poszerzenie kątowe, lub rozmycie w czasie i przestrzeni spowodowane rozproszeniem, gdy światło przemieszcza się wieloma różnymi drogami w gazie;
- scyntylacja, czyli migotanie źródła zwartego spowodowane turbulencją w ośrodku pośredniczącym.
Aby rozdzielić względny udział zjonizowanego gazu w różnych regionach podróży FRB, autorzy pracy wykorzystali dane pochodzące od wielu FRB, rozmieszczonych wzdłuż różnych linii widzenia przechodzących przez różne części naszej galaktyki. Połączyli te informacje z dalszymi danymi pochodzącymi od pulsarów – pulsujących, namagnesowanych gwiazd neutronowych – które znajdują się wewnątrz naszej galaktyki, aby lepiej zrozumieć fluktuacje gęstości wzdłuż tych różnych linii widzenia.
Pomniejszenie zasług halo
Dzięki swojej pracy Ocker i współpracownicy byli w stanie wyznaczyć górną granicę rozpraszania, jakie halo Drogi Mlecznej wnosi do badanych przez nich FRB. Następnie naukowcy porównali te wyniki z danymi pochodzącymi z sygnałów FRB, które w drodze do nas przeszły przez dodatkowe, przenikające się halo galaktyk. Stwierdzili, że udział rozpraszania z innym halo jest zgodny z górnymi limitami wyznaczonymi dla halo Drogi Mlecznej.
Badania Ocker i jej współpracowników sugerują, że halo galaktyk ma bardzo mały wpływ na rozpraszanie światła w FRB. Chociaż dodatkowe dane dotyczące FRB i pulsarów będą pomocne w wyznaczeniu większej liczby linii widzenia, praca ta stanowi cenny krok w wyodrębnianiu różnych rezerwuarów zjonizowanego gazu, aby ostatecznie zbadać fluktuacje gęstości w naszym Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- What Fast Radio Bursts Tell Us About Galaxy Halos
- Constraining Galaxy Halos from the Dispersion and Scattering of Fast Radio Bursts and Pulsars
Źródło: AAS
Na ilustracji: Wizja artystyczna przedstawiająca drogę szybkiego błysku radiowego FRB 181112 podróżującego z odległej galaktyki do Ziemi. Po drodze rozbłysk przechodzi przez halo galaktyki pośredniej. Źródło: ESO/M. Kornmesser.
