Астрономи зробили надзвичайне відкриття, виявивши новий космічний об’єкт, компактний радіомаяк, що отримав назву “Punctum”. Цей унікальний джерело сигналу знаходиться у спіральної галактиці NGC 4945, що розташована у сузір’ї Центавра, на відстані близько 12 мільйонів світлових років від нас. NGC 4945 відома як “зіркоутворювальна” галактика через активні процеси народження зірок у її ядрі. Світло від Punctum поляризоване на майже неймовірному рівні, що вказує на ідеально вирівняне магнітне поле. Це сигнал настільки чистий і точний, що він виділяється, немов промінь маяка, що прорізає густий туман.
У новаторському дослідженні вчені з Інституту астрофізичних досліджень при Університеті Дієго Порталес у Чилі вперше помітили цей небесний об’єкт. Спостереження проводилися за допомогою Атакамської великої міліметрової/субміліметрової антени (ALMA) під час спостережень галактики NGC 4945 у діапазоні Band 3 (92-104 ГГц). ALMA розташований на плато Чахнантор у пустелі Атакама, Чилі, на висоті близько 5000 метрів над рівнем моря. Цей міжнародний проєкт є найпотужнішим у світі наземним телескопом для спостережень у міліметровому та субміліметровому діапазонах довжин хвиль, дозволяючи вченим зазирнути у найхолодніші та найвіддаленіші куточки Всесвіту. Університет Дієго Порталес, у свою чергу, є одним із провідних приватних університетів Чилі, що має визнані наукові програми, зокрема в астрофізиці. Тоді дослідники спостерігали яскраве, активне ядро галактики, коли несподівано натрапили на щось надзвичайне.
Замість звичного пульсуючого “серцебиття” типового пульсара, це джерело випромінювало стабільний радіосигнал, незвично компактний і надзвичайно поляризований. Така комбінація властивостей не вписується в жодну відому категорію космічних об’єктів. Команда назвала його Punctum, що латинською означає “крапка”, оскільки він виділяється, як шпильковий прокол неймовірного порядку на тлі космічного хаосу галактики.
«Жоден з відомих типів не відповідає точній комбінації властивостей Punctum, — зазначила доктор Олена Шабловська, провідний автор відкриття, у листі до New Atlas. — Тому на цьому етапі ми фактично шукаємо “під ліхтарем” відомих об’єктів, залишаючись відкритими для чогось абсолютно нового».
За звичайних обставин світло хаотично розсіюється, подорожуючи у космосі, при цьому його електричні та магнітні поля вібрують у випадкових напрямках. Поляризація виникає, коли ці вібрації вирівнюються в одному напрямку, що зазвичай відбувається лише за дуже специфічних умов, наприклад, коли світло проходить через однорідне магнітне поле.
«Приблизно 50% лінійної поляризації на ~100 ГГц — це надзвичайно, — пояснила доктор Шабловська, — оскільки у більшості космічних джерел світло, яке ми виявляємо, надходить з багатьох регіонів з різними магнітними напрямками, і тому поляризація усереднюється. Така висока частка означає, що випромінювання, яке ми бачимо, надходить з об’єму, де магнітне поле надзвичайно однорідне, а ефекти, які зазвичай розмивають або обертають поляризацію, є слабкими на цих довжинах хвиль».
Щоб уявити цю надзвичайну поляризацію, уявіть хвилі, що котяться океаном. Зазвичай вони розсіюються, ламаються або закручуються в різні боки під впливом скель, рифів і мінливих вітрів. Світло Punctum, однак, поводиться як нескінченний набір хвиль, що б’ються об берег, ніколи не втрачаючи своєї формації. У космічних термінах це означає, що магнітні поля, які направляють світло, надзвичайно рівні. Там, де більшість полів хаотично закручуються і спотворюють сигнал, поля Punctum дуже вирівняні.
І для далекого радіоджерела підтримка 50% ± 14% поляризації є не просто надзвичайною — вона наближається до теоретичного максимуму, очікуваного для синхротронного випромінювання в ідеально однорідному магнітному полі (близько 70%). Це означає, що середовище Punctum надзвичайно впорядковане. Такий рівень структури вказує або на дуже стабільне магнітне поле, або на незвичайний механізм випромінювання, можливо, пов’язаний з екстремальними астрофізичними двигунами, такими як магнетари.
Досі не було виявлено рентгенівського аналога за допомогою рентгенівської обсерваторії “Чандра” NASA, а також джерела сантиметрового радіовипромінювання за допомогою Австралійської телескопічної компактної решітки (ATCA), що робить Punctum фактично невидимим на цих довжинах хвиль. Обсерваторія “Чандра” — це орбітальна обсерваторія NASA, призначена для досліджень у рентгенівському діапазоні, яка дозволяє вивчати високоенергетичні явища у Всесвіті. ATCA — радіотелескопний комплекс у Новій Південній Вельс, Австралія, що є важливою частиною світової мережі радіоастрономії.
Що може бути Punctum?
Отже, що ж може бути Punctum? Одна з гіпотез полягає в тому, що це може бути молодий, енергійний пульсар, чий промінь незвично стабільний. Пульсари – це швидко обертові нейтронні зорі, які утворюються після вибуху наднової. Вони випромінюють регулярні імпульси електромагнітного випромінювання, подібно до космічних маяків. Проте відсутність характерного імпульсного “серцебиття” заперечує цю ідею. Інша ймовірність полягає в тому, що це магнетар — рідкісний тип нейтронної зорі з магнітним полем у трильйони разів сильнішим за земне, що знаходиться в незвичайному стані випромінювання. Магнетари – це надзвичайно рідкісні нейтронні зорі, які мають магнітне поле в трильйони разів сильніше, ніж у Землі.
«З відомих класів, найвірогіднішими варіантами є молодий, високомагнетизований залишок наднової або система нейтронної зорі (наприклад, магнетар) або екстремальна фаза масивної магнітної зорі, — сказала Шабловська. — Іншими словами, ми очікуємо об’єкт, пов’язаний із зорями, який має сильне, впорядковане поле — нейтронні зорі, молоді залишки наднових і масивні магнітні зорі є каталогом очевидних кандидатів».
Іншими словами, Punctum не поводиться як жоден зі своїх більш відомих “родичів”, і саме це робить його таким інтригуючим.
Чому Punctum такий важливий для науки?
Якою б не була його справжня природа, поляризація Punctum робить його значно більшим, ніж проста цікавість. Вивчаючи, як поляризація світла змінюється, проходячи через міжзоряний простір, астрономи можуть відображати інакше невидимі магнітні поля, які пронизують тканину космосу.
«Навіть якщо Punctum не є абсолютно новим класом, він вже демонструє щось нове: компактні, високо поляризовані міліметрові джерела можуть існувати в пилових, зореутворювальних ядрах і бути невидимими на оптичних, рентгенівських або радіохвильових довжинах, — сказала доктор Шабловська.
— Це важливо, тому що міліметрова поляриметрія дає нам прямий погляд на магнітні поля глибоко всередині областей зореутворення — а магнітні поля сильно впливають на те, як формуються зорі, як переміщується газ і як енергія вивільняється в навколишнє середовище. Якщо існує прихована популяція таких об’єктів, ми можемо пропускати важливу частину енергетичної активності в галактичних центрах; знаходження більшої кількості таких об’єктів змінить наше уявлення про магнітну енергію та її роль у житті галактик».
Якщо буде знайдено більше об’єктів, подібних до Punctum, вони можуть стати вказівниками для нового виду галактичної картографії, розкриваючи структури, які ми не можемо побачити за допомогою оптичних телескопів. Цей потенціал залежить від головної невідомої: чи є Punctum унікальним, чи першим з багатьох?
Подальші спостереження, що допоможуть відповісти на ці питання, вже тривають.
«Нам потрібні скоординовані, багатохвильові подальші спостереження», — пояснила Шабловська. Вона вказує на високороздільну поляриметрію ALMA, інтерферометрію з наддовгою базою, чутливі радіозображення і навіть інфрачервоні пошуки за допомогою JWST як вирішальні наступні кроки. Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) – це передова орбітальна обсерваторія, що працює в інфрачервоному діапазоні та дозволяє бачити найдавніші галактики та народження зірок крізь космічний пил.
«Разом, — зазначила вона, — ці спостереження нададуть нам дані про розмір, спектр, поляризаційну поведінку та інфрачервоні/радіоаналоги — діагностичні дані, необхідні для визначення, чи є Punctum магнетаром, молодим залишком наднової, магнітною зорею, чи чимось іншим».
Якщо майбутні спостереження виявлять мінливість, це може вказувати на пульсар або обертову нейтронну зорю. Але якщо він і надалі залишатиметься стабільним, це може сигналізувати про щось ще більш незвичайне.
Наразі Punctum залишається яскравим знаком питання на небі. Його чистий, незмінний сигнал пропонує як обнадійливий доказ, так і виклик нашому розумінню того, як побудований магнітний скелет Всесвіту. Подібно до того, як стрілка компаса розкриває магнітне поле Землі, Punctum може стати першим з багатьох космічних маяків, що вказують на нові способи картографування невидимих сил, які формують галактики.
Дослідження команди доступне у вигляді препринту на arXiv перед публікацією в журналі Astronomy & Astrophysics.
