Nowe obrazy serca Drogi Mlecznej ujawniły blisko 1000 tajemniczych włókien rozciągających się nawet na długość 150 lat świetlnych. Podobne struktury odkryto po raz pierwszy jeszcze w latach osiemdziesiątych zeszłego wieku, ale jak dotąd ich pochodzenie i natura wprawia naukowców w zakłopotanie. Nowe obserwacje mogą zmienić to, co obecnie o nich wiemy.
Pierwsze podobne struktury zauważył jeszcze w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University. Nowe obrazy, wykonane za pomocą ultraczułego radioteleskopu MeerKAT znajdującego się w Południowej Afryce, pokazują prawie 1000 nieznanych dotąd włókien magnetycznych o długości dochodzącej do 150 lat świetlnych. Niektóre występują w parach, inne w większych skupiskach, często ułożone w równych odstępach obok siebie, jak struny na harfie.
Pochodzenie tych zagadkowych struktur wprawia naukowców w zakłopotanie, ale ostatnie obserwacje mogą to zmienić. Nowe obrazowanie centrum Drogi Mlecznej ujawniło 10 razy więcej włókien, niż dotychczas odkryto, umożliwiając przeprowadzenie po raz pierwszy badań statystycznych na szerokiej populacji włókien. To potencjalnie może pomóc rozwikłać zagadkę tajemniczych struktur.
Opis odkrycia została zaakceptowany do publikacji w „The Astrophysical Journal Letters”, a obecnie można się z nim zapoznać w bazie pre-printów arXiv.
- Badaliśmy pojedyncze włókna przez długi czas, ale mieliśmy ograniczony widok – mówi Yusef-Zadeh. - Teraz w końcu mamy duży obraz – panoramiczny widok wypełniony mnóstwem włókien. Ze zbadania kilku włókien trudno wyciągnąć jakiekolwiek wnioski na temat tego, czym one są i skąd pochodzą. Nowe obrazy to przełom w pogłębianiu naszego zrozumienia tych struktur – dodaje.
Obserwacje centrum Drogi Mlecznej nie są łatwe. Serce naszej galaktyki jest spowite gęstymi obłokami pyłu i gazu, które blokują niektóre długości fal światła, w tym zakres optyczny. Ale naukowcy skorzystali z innej technologii, aby dostrzec to, co zasłonięta.
Astronomowie spędzili trzy lata na badaniu nieba i analizie danych, by stworzyć obraz z niespotykaną dotąd klarownością i szczegółowością. Wykorzystując 200 godzin czasu na radioteleskopie MeerKAT, na który składa się 64 anteny, naukowcy obserwowali 20 różnych części nieba w kierunku centrum Drogi Mlecznej, które leży około 25 tys. lat świetlnych od Ziemi. Następnie poskładali tę mozaikę w całość.
Pełny obraz zostanie opublikowany w dodatkowym artykule - prowadzonym przez astrofizyka z Oxford University, Iana Heywooda - w nadchodzącym wydaniu „The Astrophysical Journal”. Wraz z włóknami obserwacje zarejestrowały też emisje radiowe z wielu innych zjawisk, w tym wybuchających gwiazd, gwiezdnych żłobków i pozostałości po supernowych.
- Spędziłem dużo czasu, patrząc na ten obraz w trakcie pracy nad nim i nigdy się nim nie męczę – mówi Heywood. - Kiedy pokazuję go ludziom, którzy mogą być nowicjuszami w radioastronomii lub w inny sposób nie są z nią zaznajomieni, zawsze staram się podkreślić, że obrazowanie radiowe nie zawsze wyglądało w ten sposób i że prawdziwym krokiem naprzód jest właśnie MeerKAT, jeśli chodzi o jego możliwości. To prawdziwy przywilej pracować przez lata z kolegami z SARAO (South African Radio Astronomy Observatories, którego częścią jest MeerKAT – przyp. red.), którzy zbudowali ten fantastyczny teleskop – dodaje.
Aby zobaczyć włókna w drobniejszej skali, zespół Yusef-Zadeha wykorzystał technikę usuwania szumów tła z głównego obrazu w celu odizolowania włókien od otaczających struktur. Powstały obraz zadziwił go. - To jak sztuka współczesna. Te obrazy są wyjątkowo piękne i bogate, a tajemnica tego wszystkiego czyni je jeszcze bardziej interesującymi – zaznacza Yusef-Zadeh.
Mimo że uczeni nadal nie bardzo wiedzą, czym są obserwowane struktury i jak powstały, to Yusef-Zadeh był w stanie dopasować niektóre części tej układanki. Wraz z zespołem ustalił, że struktury te zawierają elektrony promieniowania kosmicznego, wirujące w ich polach magnetycznych z prędkością bliską prędkości światła. Dlaczego tak się dzieje? Na to pytanie uczeni nie znają odpowiedzi.
Na podstawie zmienności promieniowania emitowanego z włókien, które jest różne od promieniowania z pozostałości po supernowych, uczeni ustalili, że struktury te nie powstały w wyniku eksplozji supernowej. Bardziej prawdopodobne jest to, że włókna są powiązane z przeszłą aktywnością supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej, a nie skoordynowanymi wybuchami supernowych. Zespół uznał też, że pola magnetyczne wzdłuż włókien są wzmacniane. Ta cecha jest wspólna dla wszystkich tych struktur.
- Po raz pierwszy byliśmy w stanie zbadać charakterystykę statystyczną włókien. Dzięki temu możemy dowiedzieć się więcej o właściwościach tych niezwykłych struktur. Jeśli byłbyś na przykład z innej planety i spotkałbyś jedną bardzo wysoką osobę na Ziemi, mógłbyś założyć, że wszyscy ludzie są wysocy. Ale jeśli prowadzisz statystyki dla populacji ludzi, możesz znaleźć średni wzrost. I my dokładnie to robimy. Możemy ustalić siłę pól magnetycznych, ich długość, orientację i widmo spektroskopowe – wyjaśnia Yusef- Zadeh.
Badaczy szczególnie zdziwiło rozłożenie włókien. Te znajdujące się w skupiskach wydają się być oddzielone od siebie w idealnie równych odległościach wynoszących mniej więcej długość jednostki astronomicznej, czyli w przybliżeniu odległość Ziemi od Słońca. Ale w tym temacie uczeni nie wiedzą zbyt wiele. Nie wiadomo nawet, czy włókna się poruszają lub zmieniają w czasie, ani co powoduje przyspieszanie elektronów do tak niewiarygodnych prędkości. - Za każdym razem, gdy odpowiadamy na jedno pytanie, pojawia się wiele innych pytań – zaznacza Yusef-Zadeh.
Yusef-Zadeh i jego zespół obecnie identyfikują i katalogują każdy filament. Kąt, krzywa, pole magnetyczne, widmo i intensywność każdego włókna zostaną opublikowane w przyszłych badaniach. Zrozumienie tych właściwości da społeczności astrofizyków więcej wskazówek na temat nieuchwytnej natury włókien.
- Z pewnością jesteśmy o krok bliżej do pełniejszego zrozumienia natury tych struktur, ale nauka to ciąg postępów na różnych poziomach. Mamy nadzieję, że dotrzemy do sedna sprawy, ale potrzeba więcej obserwacji i analiz teoretycznych. Pełne zrozumienie złożonych obiektów wymaga czasu – podkreśla Yusef-Zadeh.
Źródło: Northwestern University, fot. Northwestern University/SARAO/Oxford University
