Astronomové našli unikátní rádiový maják v galaxii NGC 4945

Astronomové objevili nový nebeský objekt, kompaktní rádiový maják umístěný v galaxii NGS 4945, vzdálené asi 12 milionů světelných let. Jeho světlo je polarizováno na téměř nemožné úrovni, která naznačuje dokonale vyrovnané magnetické pole. Objekt dostal přezdívku „Punctum“; je to signál tak čistý a přesný, že vyniká jako paprsek majáku prořezávající mlhu.

V převratné nové studii astronomové z Instituto de Estudios Astrofísicos na Universidad Diego Portales v Chile poprvé spatřili nový nebeský objekt pomocí Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA) během pozorování v pásmu 3 (92-104 GHz) galaxie NGC 495 GHz, když bylo jádro pozorování aktivní, když výzkumníci pozorovali galaxii 495 GHz. narazili na něco nečekaného.

Místo známého pulzujícího srdečního tepu typického pulzaru tento zdroj vysílal stálý rádiový signál, neobvykle kompaktní a vysoce polarizovaný. Kombinace, která přesně nezapadá do žádné známé kategorie vesmírných objektů. Tým to nazval Punctum, latinsky „bod“, protože vyčnívá jako špendlík nemožného řádu proti chaosu v galaxii.

„Žádný z těchto známých typů neodpovídá přesné kombinaci vlastností Punctum,“ řekla Dr. Elena Shablovinskaia, hlavní autorka objevu, v e-mailu na adresu Nový atlas. „Takže v této fázi efektivně hledáme ‚pod kandelábrem‘ známé předměty a zároveň máme otevřenou mysl ohledně něčeho nového.“

Za normálních okolností se světlo při cestování vesmírem chaoticky rozptyluje, přičemž jeho elektrická a magnetická pole vibrují v náhodných směrech. K polarizaci dochází, když se tyto vibrace zarovnají v jednom směru, což se obvykle vyskytuje pouze za velmi specifických podmínek, jako když světlo prochází rovnoměrným magnetickým polem.

„Asi 50% lineární polarizace při ~100 GHz je výjimečná,“ vysvětlil Dr. Shablovinskaia Nový atlas„protože ve většině kosmických zdrojů světlo, které detekujeme, pochází z mnoha oblastí s různými magnetickými směry, a tak se polarizace zprůměruje. Tak vysoký podíl znamená, že záření, které vidíme, pochází z objemu, kde je magnetické pole pozoruhodně rovnoměrné, a že efekty, které normálně rozostřují nebo otáčejí polarizaci, jsou na těchto vlnových délkách slabé.“

Abyste tuto mimořádnou polarizaci uvedli do perspektivy, představte si vlny valící se přes oceán. Normálně se rozptylují, lámou nebo kroutí v různých směrech pod tlakem a tahem kamenů, útesů a měnících se větrů. Punctumovo světlo se však chová jako nekonečný soubor vln narážejících na břeh a nikdy neztrácejí formaci. Z kosmického hlediska to znamená, že magnetická pole vedoucí světlo jsou neobvykle přímá. Tam, kde se většina polí chaoticky kroutí a kóduje signál, jsou pole Punctum vysoce zarovnaná.

A pro vzdálený rádiový zdroj je udržení 50% ± 14% polarizace nejen pozoruhodné – blíží se teoretickému maximu očekávanému pro synchrotronovou emisi v dokonale rovnoměrném magnetickém poli (kolem 70%). To znamená, že prostředí Punctum je mimořádně uspořádané. Tato úroveň struktury ukazuje buď na vysoce stabilní magnetické pole, nebo na neobvyklý emisní mechanismus, možná spojený s extrémními astrofyzikálními motory, jako jsou magnetary.

Dosud nebyl pozorován žádný rentgenový protějšek na rentgenové observatoři Chandra NASA a žádný cm-rádiový zdroj s australským teleskopovým kompaktním polem (ATCA), díky čemuž je Punctum na těchto vlnových délkách účinně neviditelné.

Takže, co by mohlo být Punctum?

Jednou z hypotéz je, že se může jednat o mladý, energetický pulsar, jehož paprsek je neobvykle stabilní. Ale nedostatek charakteristického srdečního tepu tuto myšlenku zpochybňuje. Další možností je, že jde o magnetar – vzácný typ neutronové hvězdy s magnetickým polem bilionkrát silnějším než má Země – zachycený v neobvyklém emisním stavu.

„Ze známých tříd jsou nejpravděpodobnějšími možnostmi mladý, vysoce zmagnetizovaný zbytek supernovy nebo systém neutronových hvězd (například magnetar) nebo extrémní fáze masivní magnetické hvězdy,“ řekla Shablovinskaia. „Jinými slovy, očekáváme objekt související s hvězdami se silným, uspořádaným polem – neutronové hvězdy, zbytky mladých supernov a magnetické masivní hvězdy jsou katalogem zjevných kandidátů.“

Jinými slovy, Punctum se nechová jako ani jeden ze svých známějších bratranců, a to je přesně to, co ho dělá tak zajímavým.

Ať už je jeho skutečná povaha jakákoli, polarizace Punctum z něj dělá mnohem víc než pouhou kuriozitu. Studiem toho, jak se polarizace světla mění při průchodu mezihvězdným prostorem, mohou astronomové zmapovat jinak neviditelná magnetická pole, která prolínají strukturu vesmíru.

„I když Punctum není úplně nová třída, už demonstruje něco nového: kompaktní, vysoce polarizované milimetrové zdroje mohou existovat v prachových, hvězdotvorných jádrech a být neviditelné na optických, rentgenových nebo rádiových vlnových délkách,“ řekla Dr. Shablovinskaia.

„Na tom záleží, protože milimetrová polarimetrie nám umožňuje přímý pohled na magnetická pole hluboko v oblastech vzplanutí hvězd – a magnetická pole silně ovlivňují, jak se tvoří hvězdy, jak se pohybuje plyn a jak se energie uvolňuje do okolního média. Pokud existuje skrytá populace takových objektů, možná nám chybí důležitý kus energetické aktivity v galaktických centrech; nalezení dalšího by změnilo způsob, jakým přemýšlíme o magnetické energii a její roli v životě galaxií.“

Pokud se podaří najít více objektů, jako je Punctum, mohly by se stát ukazateli pro nový druh galaktické kartografie a odhalit struktury, které nejsme schopni vidět optickými dalekohledy. Tento potenciál závisí na neznámém klíči: je Punctum jediné svého druhu, nebo první z mnoha?

Následná pozorování, která pomohou odpovědět na tyto otázky, již probíhají.

„Potřebujeme koordinované sledování na více vlnových délkách,“ vysvětlila Shablovinskaia. Poukazuje na polarimetrii ALMA s vysokým rozlišením, interferometrii s velmi dlouhou základní linií, citlivé rádiové zobrazování a dokonce i infračervené vyhledávání JWST jako kritické další kroky.

„Společně,“ poznamenala, „tato pozorování nám poskytnou velikost, spektrum, polarizační chování a IR/rádiové protějšky – diagnostiku potřebnou k určení, zda je Punctum magnetar, pozůstatek mladé supernovy, magnetická hvězda nebo něco jiného.“

Pokud budoucí pozorování odhalí variabilitu, mohlo by to ukazovat na pulsar nebo rotující neutronovou hvězdu. Ale pokud zůstane stabilní, může to signalizovat něco ještě neobvyklejšího.

Prozatím je Punctum jako jasný otazník na obloze. Jeho čistý, neochvějný signál nabízí jak nadějné vodítko, tak výzvu k pochopení toho, jak je postavena magnetická kostra vesmíru. Stejně jako střelka kompasu odhaluje magnetické pole Země, Punctum může být prvním z mnoha kosmických majáků, které ukazují na nové způsoby mapování neviditelných sil, které formují galaxie.

Studie týmu je k dispozici jako předtisk na arXiv před zveřejněním v časopise Astronomie a astrofyzika.