Galaxies

Schwache Radioemissionsringe, die neu um entfernte Galaxien herum entdeckt wurden, könnten bedeutsame Ereignisse in der galaktischen Entwicklung signalisieren. Andererseits könnten sie etwas ganz anderes sein.

Die Daten des MeerKAT-Radioteleskops (grün) zeigen den ungeraden Radiokreis (ORC) 1, überlagert mit optischen und Nahinfrarotbildern aus dem Dark Energy Survey. J. Englisch (U. Manitoba) / EMU / MeerKAT / DES / DOE / FNAL / DECam / CTIO / NOIRLab / NSF / AURA

„Seltsame Funkkreise“ sind, nun ja, seltsam. Diese gespenstischen Ringe aus Radioemission wurden erst letztes Jahr entdeckt und sie scheinen ziemlich selten zu sein: Astronomen haben drei von ihnen gefunden, als sie den radioemittierenden Himmel untersuchten, und spätere Beobachtungen fügten dieser Zahl nur zwei weitere hinzu. Jeder dieser schwachen Kreise ist mindestens eine Million Lichtjahre breit und umfasst mehrere Galaxien. Keiner von ihnen sendet etwas anderes als Radiowellen aus – und wir haben keine Ahnung, was sie gemacht hat.

Ray Norris (Western Sydney University, Australien) entdeckte letztes Jahr den ersten dieser Kreise, als er mit dem Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) die Pilotdurchmusterung der Evolutionary Map of the Universe (EMU), einer Durchmusterung des Südens, durchführte Radiohimmel der Hemisphäre. ASKAP war für diese Aufgabe gut geeignet, da das 36-Schüssel-Array den Himmel mit beispielloser Geschwindigkeit kartografierte und Norris drei Odd Radio Circles (ORCs) in den Daten fand.

„Wir hatten gehofft, dass wir neue Phänomene in der WWU finden würden, aber vielleicht nicht so schnell, und es sah so aus, als ob es das wäre“, sagt Norris. „Aber als Wissenschaftler muss ich versuchen, meine Aufregung abzubauen und den Überprüfungsprozess durchlaufen. . . . Es war ein langer Prozess, mehr als mehrere Monate, von der anfänglichen Aufregung bis zu dem Stadium, in dem wir zuversichtlich waren, dass dies wirklich ein neues Phänomen war, das noch nie zuvor gesehen wurde.“

Nun berichten Norris und seine Kollegen in einer Studie, die in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Vorabdruck online verfügbar) erscheinen soll, dass sie sich den ersten ORC genauer angeschaut haben, indem sie die 64 miteinander verbundenen Schüsseln des südafrikanischen MeerKAT-Teleskops verwendet haben. Das größere und breitere Spektrum von MeerKAT bot eine schärfere Sicht und enthüllte Details, die zuvor nicht gesehen wurden.

ORC 1 gesehen von ASKAP und MeerKATLinks: Das ursprüngliche Entdeckungsbild von ORC 1 in der EMU-Durchmusterung, durchgeführt mit dem ASKAP-Teleskop. Rechts: Die Nachbeobachtung von ORC 1 mit dem MeerKAT-Teleskop. EMU / ASKAP / MeerKAT

Ausschlaggebend für diese Studie ist die Entfernung des ORC, über die die Radioemission keine Hinweise gibt. Das Team musste ursprünglich die Möglichkeit in Betracht ziehen, dass es sich tatsächlich um viel kleinere Objekte in der Milchstraße handelt, aber die Verteilung der fünf bekannten ORCs über den Himmel (und nicht entlang der galaktischen Ebene) sprach für extragalaktische Quellen.

„Die Autoren haben in ihrer früheren Arbeit überzeugend argumentiert, dass zumindest einige ORCs mit Galaxien assoziiert sind“, sagt der Astrophysiker George Heald (CSIRO, Australien), der nicht an der Studie beteiligt war kann eine Entfernung zu einem ORC bestimmen und feststellen, dass es sich um riesige Objekte mit einem Durchmesser von typischerweise 1 Million bis 2 Millionen Lichtjahren handelt.“

In der aktuellen Studie stützte sich das Team auf Archivbilder der ORC-Umgebung aus sichtbaren und infraroten Himmelsdurchmusterungen, die zeigten, dass eine große elliptische Galaxie tot in der Mitte des Rings sitzt. In seinem Kern befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, das Gas verschlingt und eigene Radioemissionen erzeugt. Diese Galaxie, argumentieren die Astronomen, ist höchstwahrscheinlich die Quelle des viel größeren ORC-1-Rings.

Herkunft(en) von ORCs

Es ist möglich, dass das Schwarze Loch im Kern der Galaxie selbst das Produkt einer Kollision eines Schwarzen Lochs ist, die Schockwellen in das umgebende Material gesendet haben könnte. Norris sagt, dass die genauere Erforschung dieser Option der Schwerpunkt einer zukünftigen Studie sein wird.

Eine andere Möglichkeit, die die aktuelle Studie genauer untersucht, ist, dass die Zentralgalaxie in ihrer Vergangenheit einen Ausbruch von Sternentstehung erlebt hat. Partikel und Gas, die von neugeborenen und sterbenden Sternen wegströmen, hätten einen galaktischen Wind ausgestoßen, der, wie die Verschmelzung der Schwarzen Löcher, eine kugelförmige Schockwelle hätte auslösen können. Um genügend Energie zu liefern, müssten Sterne im Wert von etwa 20 Milliarden Sonnen über Millionen von Jahren entzündet werden.

Beide Möglichkeiten stimmen mit den MeerKAT-Beobachtungen überein. Die Daten deuten darauf hin, dass ein drittes Szenario, dass wir in den Lauf eines Jets eines Schwarzen Lochs starren, weniger wahrscheinlich erscheint, sagt Norris. Aber, fügt er hinzu, „meine Kollegen und ich diskutieren weiter darüber.“

Was auch immer die Welle oder den Wind ausgelöst hat, sie hätten sich unaufhaltsam ausgebreitet, wären aus der Galaxie in den intergalaktischen Raum vorgedrungen und hätten sich zu einer dünnen und bemerkenswert symmetrischen Kugelhülle entwickelt. Wir sehen nur ihre Ränder aus dem gleichen Grund, aus dem es einfacher ist, die Ränder einer Seifenblase zu sehen, weil sich dort entlang unserer Sichtlinie mehr Material befindet.

Die Astronomen spekulieren, dass diese Hülle, als sie die umliegenden Galaxien passierte, mit ihnen interagierte und die Bögen innerhalb des Rings erzeugte, die MeerKAT auflöste.

Während sich die Hülle weiter ausdehnt, senden die geladenen Teilchen, die sie trägt, weiterhin Radiowellen aus, während sie sich um Magnetfelder winden. Durch Messung der Helligkeit der Schale schätzen Norris und Kollegen, dass das ursprüngliche Ereignis vor etwa 100 Millionen Jahren stattfand.

„Die Arbeit der Autoren über ORCs ist eine fesselnde Detektivgeschichte“, sagt Heald. „Die Autoren waren kreativ und gründlich bei der Entwicklung möglicher Szenarien.“

Heald ist besonders fasziniert von der geordneten Magnetfeldstruktur, die die MeerKAT-Daten offenbaren. „Ich vermute, dass diese Art von Bild eine Schlüsselrolle bei der endgültigen Bestimmung der Herkunft von ORCs spielen wird.“ Eine genauere Analyse der Polarisationsdaten könnte beispielsweise ein 3D-Bild des Magnetfelds liefern.

Die Suche nach ORCs geht weiter

„Vor ein paar Jahren gab es kein Radioteleskop auf der Erde, das sie hätte finden können“, sagt Norris. ORCs sind der früheren Entdeckung entgangen, weil sie sowohl schwach als auch selten sind, obwohl noch ungewiss ist, wie selten sie sind. ASKAP, das gerade eine Reihe von Pilotstudien (einschließlich EMU) abgeschlossen hat, könnte noch mehr davon entdecken.

„Ich dachte [ORCs] wären schwer zu finden, und wir bräuchten Techniken der künstlichen Intelligenz, um sie zu finden“, sagt Norris. „Aber am Ende stellte sich heraus, dass der gute alte menschliche Augapfel der beste Weg war, diese zu finden.“

Menschliche Augäpfel haben auch andere, nicht ganz ORC-Dinge in den EMU-Daten entdeckt. „Wir haben eine Reihe von ‚ORC-Kandidaten‘, die ein bisschen wie ORCs aussehen, aber nicht ganz den charakteristischen kantenaufgehellten Kreis der Funkemission haben“, sagt Norris. „Sind sie also leicht wackelige ORCs oder etwas ganz anderes, wie ein Cluster-Halo? Wir müssen mehr daran arbeiten, das herauszufinden.“

Da ASKAP dieses Jahr den vollen Betrieb aufnimmt, freut sich auch Heald darauf, zu sehen, was sie noch finden können: „Dieses Dokument zeigt uns, dass wir mit der effizienten Suchfunktion von ASKAP, gepaart mit MeerKATs exquisit detaillierter Ansicht einzelner Objekte, besser gerüstet sind als je zuvor um das Radiouniversum zu erkunden.“


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