Analisis pulsa radio yang melewati halo galaksi mengungkapkan halo yang mengejutkan diam dengan kepadatan sangat rendah dan medan magnet lemah – Sains Terkini


Menggunakan satu misteri kosmik untuk menyelidiki yang lain, para astronom telah menganalisis sinyal dari ledakan radio yang cepat, ledakan misterius gelombang radio kosmik yang berlangsung kurang dari satu milidetik, untuk mengkarakterisasi gas difus dalam lingkaran galaksi besar.

Lingkaran besar gas dengan kerapatan rendah meluas jauh melampaui bagian bercahaya galaksi tempat bintang-bintang terkonsentrasi. Meskipun gas yang panas dan tersebar ini membentuk lebih banyak massa galaksi daripada bintang, hampir tidak mungkin untuk melihatnya. Pada November 2018, para astronom mendeteksi ledakan radio cepat yang melewati lingkaran cahaya galaksi raksasa menuju Bumi, yang memungkinkan mereka untuk pertama kalinya mendapatkan petunjuk tentang sifat gas halo dari sinyal radio yang sulit dipahami.

"Sinyal dari ledakan radio yang cepat memperlihatkan sifat medan magnet di sekitar galaksi dan struktur gas halo. Studi ini membuktikan teknik baru dan transformatif untuk mengeksplorasi sifat lingkaran cahaya galaksi," kata J. Xavier Prochaska, profesor astronomi dan astrofisika di UC Santa Cruz dan penulis utama makalah tentang temuan baru yang diterbitkan online 26 September di Ilmu.

Para astronom masih belum tahu apa yang menghasilkan ledakan radio cepat, dan hanya baru-baru ini mereka dapat melacak beberapa sinyal radio yang sangat pendek dan sangat terang ini kembali ke galaksi tempat mereka berasal. Ledakan November 2018 (bernama FRB 181112) terdeteksi dan dilokalisasi oleh instrumen yang memelopori teknik ini, teleskop radio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP). Pengamatan tindak lanjut dengan teleskop lain mengidentifikasi tidak hanya galaksi inangnya tetapi juga galaksi terang di depannya.

"Ketika kita overlay gambar radio dan optik, kita dapat langsung melihat bahwa ledakan radio cepat menembus lingkaran galaksi latar depan yang bertepatan dan, untuk pertama kalinya, kita memiliki cara langsung untuk menyelidiki masalah yang tidak terlihat di sekitar galaksi ini, "kata rekan penulis Cherie Day di Swinburne University of Technology, Australia.

Sebuah halo galaksi mengandung materi gelap dan materi biasa ("baryonik"), yang diharapkan sebagian besar berupa gas terionisasi panas. Sementara bagian yang bercahaya dari sebuah galaksi masif mungkin sekitar 30.000 tahun cahaya, halo yang berbentuk bola bulat sepuluh kali lebih besar. Gas Halo memicu pembentukan bintang saat jatuh ke pusat galaksi, sementara proses lain (seperti ledakan supernova) dapat mengeluarkan bahan dari daerah pembentuk bintang dan ke halo galaksi. Salah satu alasan para astronom ingin mempelajari gas halo adalah untuk lebih memahami proses pengusiran ini, yang dapat mematikan pembentukan bintang.

"Gas halo adalah rekaman fosil dari proses pengusiran ini, sehingga pengamatan kami dapat menginformasikan teori tentang bagaimana materi dikeluarkan dan bagaimana medan magnet di-threaded melalui galaksi," kata Prochaska.

Bertolak belakang dengan harapan, hasil studi baru menunjukkan kepadatan yang sangat rendah dan medan magnet lemah di lingkaran galaksi ini.

"Lingkaran galaksi ini secara mengejutkan tenang," kata Prochaska. "Sinyal radio sebagian besar tidak terganggu oleh galaksi, yang sangat kontras dengan apa yang diprediksi oleh model sebelumnya akan terjadi pada ledakan itu."

Sinyal FRB 181112 terdiri dari beberapa pulsa, masing-masing berdurasi kurang dari 40 mikrodetik (sepuluh ribu kali lebih pendek dari kedipan mata). Durasi pulsa yang pendek menempatkan batas atas pada kerapatan gas halo, karena perjalanan melalui media yang lebih padat akan memperpanjang sinyal radio. Para peneliti menghitung bahwa kerapatan gas halo harus kurang dari sepersepuluh atom per sentimeter kubik (setara dengan beberapa ratus atom dalam volume ukuran balon anak).

"Seperti udara yang berkilauan pada hari musim panas, atmosfer lemah di galaksi masif ini harus membelokkan sinyal ledakan radio yang cepat. Alih-alih, kami menerima pulsa yang begitu murni dan tajam sehingga tidak ada tanda-tanda gas ini sama sekali," kata rekan penulis Jean-Pierre Macquart, seorang astronom di Pusat Internasional untuk Penelitian Astronomi Radio di Curtin University, Australia.

Batasan kepadatan juga membatasi kemungkinan turbulensi atau awan gas dingin di dalam halo ("dingin" adalah istilah relatif, merujuk di sini untuk suhu sekitar 10.000 Kelvin, dibandingkan gas halo panas di sekitar 1 juta Kelvin). "Salah satu model yang disukai adalah lingkaran cahaya diselimuti oleh awan gas yang gumpal. Kami tidak menemukan bukti untuk awan ini sama sekali," kata Prochaska.

Sinyal FRB juga menghasilkan informasi tentang medan magnet di halo, yang mempengaruhi polarisasi gelombang radio. Menganalisis polarisasi sebagai fungsi frekuensi memberikan "ukuran rotasi" untuk halo, yang menurut para peneliti sangat rendah. "Medan magnet yang lemah di halo adalah satu miliar kali lebih lemah dari magnet kulkas," kata Prochaska.

Pada titik ini, dengan hasil hanya dari satu halo galaksi, para peneliti tidak dapat mengatakan apakah kepadatan rendah dan kekuatan medan magnet tidak biasa atau jika penelitian sebelumnya tentang halo galaksi telah melebih-lebihkan sifat-sifat ini. ASKAP dan teleskop radio lainnya akan menggunakan semburan radio cepat untuk mempelajari lebih banyak lingkaran cahaya galaksi dan menyelesaikan propertinya.

"Galaksi ini mungkin istimewa," kata Prochaska. "Kita perlu menggunakan FRB untuk mempelajari puluhan atau ratusan galaksi dalam rentang massa dan usia untuk menilai populasi penuh."

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.