宇宙の珍しい無線回路の背後にある謎を解明する

爆発する星から流れる銀河風が巨大な環を説明する可能性がある。

天文学者が「これは何ですか?」と言うのは、毎日ではありません。 結局のところ、恒星、惑星、ブラックホール、銀河など、観測される天文現象のほとんどは既知です。 しかし、2019年に新しく完成したASKAP（オーストラリア平方キロメートルアレイ）望遠鏡は、これまで誰も見たことのないものを捉えました。それは、中心に銀河全体を含むほど大きな電波の輪です。

天体物理学コミュニティは、これらの円が何であるかを特定しようとしている一方で、知りたいとも考えていました。 なぜ それはサークルでした。 現在、カリフォルニア大学サンディエゴ校の天文学および天体物理学の教授であるアリソン・コイルが率いるチームは、その答えを見つけたかもしれないと信じている。円は、おそらく超新星として知られる巨大な爆発する星から、流れる銀河風によって形成された殻である。 彼らの作品は、 自然。

上の画像の ORC 1 のような個々の電波円は、中心に銀河を含むのに十分な大きさで、直径は数十万光年あります。 出典: © J. English (U. Manitoba)/EMU/MeerKAT/DES(CTIO)

コーウェルとその共同研究者らは、これらの非常に速く流れる風を推進することができる巨大な「スターバースト」銀河を研究してきました。 スターバースト銀河は、星の形成率が非常に高いです。 星が死んで爆発すると、星とその周囲からガスが星間空間に放出されます。 十分な数の星が同時に近くで爆発すると、その爆発の力でガスが銀河自体から押し出され、流れる風に乗って、最大秒速 2,000 キロメートルの速度で伝わる可能性があります。

「これらの銀河は本当に興味深いものです」と天文学・天体物理学科の学部長でもあるコーウェル氏は語った。 「これは、2つの大きな銀河が衝突するときに起こります。合体によってすべてのガスが非常に狭い領域に押し込まれ、星形成の激しい爆発が引き起こされます。大きな星はすぐに燃え尽きて、死ぬとガスが流れる風に乗って放出されます。」

巨大で希少、そして起源不明

技術の進歩により、ASKAP は非常に暗い範囲内で空の大部分をスキャンできるようになり、2019 年に初めて個々の無線回路 (ORC) を検出できるようになりました。ORC は巨大で、直径が数百キロメートルあり、1 キロパーセクは 3,260 光パーセクに相当します。 。 年（参考までに、 天の川 銀河の大きさは約30キロパーセクです。）

ORC の起源を説明するために、惑星状星雲や… ブラックホール しかし、無線データだけでは理論を区別することはできません。 コーウェルとその共同研究者らは興味をそそられ、電波リングは研究していたスターバースト銀河の後期段階からの進化である可能性があると考えた。 彼らは、北半球で発見され観測可能な最初の ORC である ORC 4 の研究を開始しました。

1 億 8,100 万年前から始まる 3 つの異なる時期における星の爆発によって引き起こされる風のシミュレーション。 各画像の上半分はガス温度を示し、下半分は半径方向速度を示します。 クレジット: Cassandra Luchas / 宇宙望遠鏡科学研究所

それまで、ORC は電波放射によってのみ観測されており、光学データはありませんでした。 コーウェルのチームは、ハワイのマウナケアにあるWMケック天文台の統合フィールド分光器を使用してORC 4を観察したところ、平均的な銀河で見られるよりもはるかに多い、大量の非常に明るく、熱く、コンパクトなガスが明らかになりました。

答えよりも疑問の方が多いため、チームは探偵の仕事に取り掛かります。 彼らは、光学画像データと赤外線画像データを使用して、ORC 4 銀河内の星々の年齢が約 60 億年であることを特定しました。 「この銀河では星形成の爆発があったが、それは約10億年前に終わった」とコーウェル氏は語った。

シミュレーションと結論

ハーバード・スミソニアン天体物理学センターの博士研究員で、銀河風の理論的側面を専門とするカサンドラ・ルーチャス氏は、論文の共著者でもあり、ブロードバンド無線のサイズと特性を再現するために一連の数値コンピューター・シミュレーションを実行した。 大量の冷たいガスを含むリングが中心銀河に衝撃を与えた。

彼らのシミュレーションでは、流れる銀河風が止まるまで 2 億年吹き続けることが示されました。 風が止むと、順方向の衝撃が高温のガスを銀河の外に押し出し続け、電波リングを形成しました。一方、逆方向の衝撃は冷たいガスを銀河に落下させました。 シミュレーションには、ORC 4 の推定恒星年齢 10 億年以内に相当する 7 億 5,000 万年以上かかりました。

毎秒 450 キロメートルの初速度と年間 200 太陽質量の質量流量で発生するジェット銀河風のコンピュータ シミュレーション。これにより、2 億年にわたって銀河からガスが周囲の銀河系媒体に吹き飛ばされます。 左のパネルはガスの温度を示し、右のパネルはガスの密度を示します。 このシミュレーションは、個々の無線回路の起源について考えられる説明を提供します。 クレジット: Cassandra Luchas / 宇宙望遠鏡科学研究所

「これを機能させるには、高い質量流出率が必要です。つまり、大量の物質が非常に速く放出されます。そして、銀河の外側にある周囲のガスは低密度でなければなりません。そうしないと衝撃が止まります。その2つです」重要な要素です」とコーウェル氏は語った。 「私たちが研究してきた銀河は、高い質量流量を持っていることが判明しました。それらはまれですが、実際に存在します。これは、ある種の流れる銀河風から発生するORCを示していると私は本当に思います。」

流れる風は天文学者が ORC を理解するのに役立つだけでなく、ORC は天文学者が流れる風を理解するのにも役立ちます。 「ORC は、無線データと分光法を通じて風を観察する方法を私たちに提供します」とコーウェル氏は言います。

「これは、これらの激しく流れる銀河風がどれほど一般的であるか、そして風のライフサイクルが何であるかを判断するのに役立ちます。また、銀河の進化についてさらに学ぶのにも役立ちます。すべての巨大な銀河はORC段階を経ますか? 渦巻銀河はORC段階を経ますか?星の形成が止まると楕円体になるのですか？」 ?ORC について、また ORC から学べることはたくさんあると思います。

参考文献: 「イオン化したガスは、単一の無線回路ホスト銀河内に 40 キロパーセク以上に広がる」アリソン L. コイル、セリーナ ペロッタ、デビッド S. N. ルプケ、カサンドラ ロハス、クリスティ A. トレモンティ、アレックス ダイアモンド スタネック、ドラモンド フィールディング、ジェームス E. ギーチ、ライアン C. ヒコックス、ジョン ムスタカス、グレゴリー H. ラドニック、ポール セル、ケリー E. 円、2024 年 1 月 8 日、 自然。
土井: 10.1038/s41586-023-06752-8