У далекій галактиці, що розташована відносно недалеко від нашого Чумацького Шляху, астрономи виявили надзвичайно потужний та загадковий об’єкт, який поки що можна спостерігати лише у міліметровому діапазоні радіохвиль. Цей дивовижний космічний феномен отримав назву «Punctum», що походить від латинського слова «pūnctum», яке означає «точка» або «крапка». Він може виявитися зовсім новим астрофізичним об’єктом, якого вчені раніше ніколи не бачили.
Відкриття належить команді астрономів під керівництвом Олени Шабловінської з Інституту астрофізичних досліджень при Університеті Дієго Порталеса в Чилі. Вона виявила Punctum за допомогою Атакамської великої міліметрової/субміліметрової антени (ALMA). ALMA — це міжнародний астрономічний проєкт, що являє собою потужний радіотелескоп, розташований у пустелі Атакама в Чилі на висоті понад 5000 метрів над рівнем моря. Його унікальне розташування та передові технології дозволяють астрономам досліджувати Всесвіт у міліметровому та субміліметровому діапазонах, проникаючи крізь космічний пил і гази, які приховують найхолодніші та найвіддаленіші об’єкти.
«За межами царства надмасивних чорних дір, Punctum є справді потужним об’єктом», — зазначила Шабловінська в інтерв’ю виданню Space.com.
Наразі астрономи не знають, що саме це за об’єкт. Відомо лише, що він компактний, має напрочуд структуроване магнітне поле, а його серцевина випромінює величезну кількість енергії. «У контексті інших об’єктів Punctum вражає своєю яскравістю — він у 10 000 до 100 000 разів яскравіший за типові магнетари, приблизно в 100 разів яскравіший за мікроквазари, і в 10-100 разів яскравіший за майже всі відомі наднові зорі, поступаючись лише Туманності Краба серед зоряних джерел у нашій галактиці», — додала Шабловінська.
Punctum розташований в активній галактиці NGC 4945, яка є досить близькою сусідкою нашої галактики Чумацький Шлях, перебуваючи на відстані 11 мільйонів світлових років. Хоча 11 мільйонів світлових років здається величезною відстанню, у масштабах Всесвіту NGC 4945 вважається відносно близькою сусідкою, перебуваючи трохи за межами нашої Місцевої групи галактик. Місцева група — це скупчення з понад 50 галактик, до якого належить і наш Чумацький Шлях, включаючи Галактику Андромеди та Галактику Трикутника. NGC 4945 – це спіральна галактика з перемичкою, що розташована в сузір’ї Центавра. Вона є активною галактикою, що означає наявність надмасивної чорної діри в її центрі, яка активно поглинає матерію і випромінює енергію. Попри таку відносну близькість, Punctum не видно в оптичному чи рентгенівському світлі, а лише в міліметрових радіохвилях. Ця особливість тільки поглибила загадку, хоча космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) ще не вивчав цей об’єкт у ближньому та середньому інфрачервоному діапазонах.
Що може бути Punctum?
Яскравість Punctum залишалася незмінною протягом кількох спостережень, проведених у 2023 році, що означає, що це не спалах чи інше швидкоплинне явище. Міліметрове випромінювання зазвичай походить від холодних об’єктів, таких як молоді протопланетні диски та міжзоряні молекулярні хмари. Однак дуже енергійні явища, як-от квазари та пульсари, також можуть створювати радіохвилі за допомогою синхротронного випромінювання. Синхротронне випромінювання виникає, коли заряджені частинки, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла, закручуються по спіралі навколо ліній магнітного поля, випромінюючи радіохвилі. Це явище є характерним для багатьох потужних космічних об’єктів.
Ми знаємо про Punctum, що, ґрунтуючись на високій поляризації його міліметрового світла, він повинен мати дуже структуроване магнітне поле. Тому Шабловінська вважає, що те, що ми бачимо від Punctum, — це синхротронне випромінювання. Об’єкти з сильною поляризацією зазвичай є компактними, оскільки більші об’єкти мають розрізнені магнітні поля, які «змивають» будь-яку поляризацію.
Можливо, це синхротронне випромінювання живиться від магнетара, вважає команда. Магнетари — це надзвичайно щільні нейтронні зорі, що мають найпотужніші магнітні поля у Всесвіті. Пульсари, до яких належать магнетари, є швидко обертовими нейтронними зорями, які випромінюють регулярні імпульси радіохвиль. Хоча впорядковане магнітне поле магнетара відповідає вимогам, магнетари (і звичайні пульсари) набагато тьмяніші в міліметровому діапазоні, ніж Punctum. Мікроквазари — це компактні об’єкти, що складаються з чорної діри зоряної маси або нейтронної зорі, яка активно поглинає матерію від зорі-супутника, випускаючи потужні струмені частинок і випромінювання. Punctum набагато яскравіший за них.
Залишки наднових, як-от Туманність Краба, яка є розкиданими в космосі нутрощами зорі, що вибухнула у 1054 році нашої ери, також яскраві в міліметровому діапазоні. Наднові – це велетенські зоряні вибухи, які знаменують собою кінець життя масивних зір. Туманність Краба є однією з найвідоміших і найінтенсивніше досліджуваних туманностей, що випромінює енергію в широкому спектрі електромагнітних хвиль. Проблема полягає в тому, що залишки наднових досить великі — сама Туманність Краба становить близько 11 світлових років у поперечнику, тоді як Punctum є значно меншим, компактним об’єктом.
«Наразі Punctum дійсно стоїть осібно — він не вписується в жодну відому категорію», — сказала Шабловінська. «І, чесно кажучи, нічого подібного не з’являлося в попередніх міліметрових оглядах, в основному тому, що донедавна ми не мали нічого настільки чутливого та з високою роздільною здатністю, як ALMA».
Існує застереження, що Punctum може бути просто відхиленням: екстремальною версією іншого відомого об’єкта, наприклад, магнетара в незвичайному середовищі або залишку наднової, що взаємодіє зі щільною матерією. Однак наразі це лише припущення, яким бракує доказів. Цілком можливо, що Punctum дійсно є першим об’єктом нового виду, якого ми раніше не бачили просто тому, що лише ALMA здатна його виявити.
У випадку Punctum він у 100 разів тьмяніший за активне ядро NGC 4945, яке живиться надмасивною чорною дірою, що поглинає матерію. Punctum, ймовірно, взагалі не був би помічений у даних ALMA, якби не його винятково сильна поляризація.
Подальші спостереження за допомогою ALMA, безперечно, допоможуть пролити більше світла на те, що це за об’єкт — Punctum. Спостереження, які призвели до відкриття Punctum, насправді були зосереджені на яскравому активному ядрі NGC 4945; це був випадковий збіг, що Punctum помітили в полі зору. Майбутні спостереження ALMA, орієнтовані безпосередньо на Punctum, змогли б досягти значно нижчих рівнів шуму, не турбуючись про переекспозицію яскравого ядра галактики, і його також можна було б спостерігати на різних частотах.
Найбільшу допомогу може надати космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST). JWST — найпотужніша космічна обсерваторія, що працює переважно в інфрачервоному діапазоні. Його виняткова чутливість і висока роздільна здатність дозволяють вченим зазирати в найвіддаленіші куточки Всесвіту. Якщо телескоп зможе виявити інфрачервоний аналог, то його більша роздільна здатність допоможе визначити, чим є Punctum.
«Гостра роздільна здатність і широкий спектральний діапазон JWST можуть допомогти виявити, чи є випромінювання Punctum суто синхротронним, чи воно включає пил або емісійні лінії», — зазначила Шабловінська.
Наразі все це лише здогадки, і ми можемо з упевненістю сказати лише одне: астрономи зіткнулися зі справжньою таємницею, яка досі ставить їх у глухий кут.
«У будь-якому випадку, Punctum показує нам, що в міліметровому небі ще багато чого потрібно відкрити», — підсумувала Шабловінська.
Стаття, що описує відкриття Punctum, була прийнята до публікації в журналі Astronomy & Astrophysics, а її препринт доступний на astro.ph.
