Het ene kosmische mysterie gebruiken om een ​​ander te onderzoeken, astronomen hebben het signaal van een snelle radioflits geanalyseerd, een raadselachtige explosie van kosmische radiogolven die minder dan een milliseconde duurt, om het diffuse gas in de halo van een enorm sterrenstelsel te karakteriseren.

Een enorme halo van gas met een lage dichtheid strekt zich uit tot ver buiten het lichtgevende deel van een melkwegstelsel waar de sterren zijn geconcentreerd. Hoewel dit hete, diffuus gas vormt meer massa van een melkwegstelsel dan sterren, het is bijna niet te zien. In november 2018, astronomen ontdekten een snelle radio-uitbarsting die door de halo van een enorm sterrenstelsel ging op weg naar de aarde, waardoor ze voor het eerst aanwijzingen konden krijgen over de aard van het halogas uit een ongrijpbaar radiosignaal.

"Het signaal van de snelle radio-uitbarsting legde de aard van het magnetische veld rond de melkweg en de structuur van het halogas bloot. De studie bewijst een nieuwe en transformerende techniek voor het onderzoeken van de aard van melkweghalo's, " zei J. Xavier Prochaska, hoogleraar astronomie en astrofysica aan UC Santa Cruz en hoofdauteur van een paper over de nieuwe bevindingen die op 26 september online zijn gepubliceerd in Wetenschap .

Astronomen weten nog steeds niet wat snelle radio-uitbarstingen veroorzaakt, en pas onlangs hebben ze enkele van deze zeer korte, zeer heldere radiosignalen terug naar de sterrenstelsels waarin ze zijn ontstaan. De burst van november 2018 (genaamd FRB 181112) werd gedetecteerd en gelokaliseerd door het instrument dat deze techniek pionierde, CSIRO's Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) radiotelescoop. Vervolgobservaties met andere telescopen identificeerden niet alleen het gaststelsel, maar ook een helder sterrenstelsel ervoor.

"Toen we de radio en optische beelden over elkaar heen legden, we konden meteen zien dat de snelle radio-uitbarsting de halo van dit samenvallende voorgrondstelsel doorboorde en, Voor de eerste keer, we hadden een directe manier om deze anders onzichtbare materie rond deze melkweg te onderzoeken, " zei co-auteur Cherie Day aan de Swinburne University of Technology, Australië.

Een galactische halo bevat zowel donkere materie als gewone ("baryonische") materie, waarvan wordt verwacht dat het voornamelijk heet geïoniseerd gas is. Hoewel het lichtgevende deel van een enorm sterrenstelsel rond de 30 zou kunnen zijn, 000 lichtjaar in doorsnede, zijn ruwweg bolvormige halo is tien keer groter. Halogas voedt stervorming terwijl het in de richting van het centrum van de melkweg valt, terwijl andere processen (zoals supernova-explosies) materiaal uit de stervormingsgebieden en in de galactische halo kunnen werpen. Een van de redenen waarom astronomen het halogas willen bestuderen, is om deze uitstootprocessen beter te begrijpen. die stervorming kan stoppen.

"Het halogas is een fossiel record van deze uitstootprocessen, dus onze waarnemingen kunnen theorieën informeren over hoe materie wordt uitgestoten en hoe magnetische velden door sterrenstelsels worden geleid, ' zei Prochaska.

Tegen de verwachting in, de resultaten van de nieuwe studie wijzen op een zeer lage dichtheid en een zwak magnetisch veld in de halo van dit tussenliggende sterrenstelsel.

"De halo van dit sterrenstelsel is verrassend rustig, "Zei Prochaska. "Het radiosignaal werd grotendeels onverstoord door de melkweg, wat in schril contrast staat met wat eerdere modellen voorspellen dat er met de burst zou zijn gebeurd."

Het signaal van FRB 181112 bestond uit meerdere pulsen, elk van minder dan 40 microseconden (tienduizend keer korter dan een oogwenk). De korte duur van de pulsen stelt een bovengrens aan de dichtheid van het halogas, omdat passage door een dichter medium de radiosignalen zou verlengen. De onderzoekers berekenden dat de dichtheid van het halogas minder dan een tiende van een atoom per kubieke centimeter moet zijn (gelijk aan enkele honderden atomen in een volume ter grootte van een kinderballon).

"Als de glinsterende lucht op een hete zomerdag, de ijle atmosfeer in dit enorme sterrenstelsel zou het signaal van de snelle radio-uitbarsting moeten vervormen. In plaats daarvan ontvingen we een puls die zo zuiver en scherp was dat er helemaal geen signatuur van dit gas is. " zei co-auteur Jean-Pierre Macquart, een astronoom bij het International Center for Radio Astronomy Research aan de Curtin University, Australië.

De dichtheidsbeperkingen beperken ook de mogelijkheid van turbulentie of wolken van koel gas in de halo ("koel" is een relatieve term, verwijzend naar temperaturen rond de 10, 000 Kelvin, versus het hete halogas van ongeveer 1 miljoen Kelvin). "Een favoriet model is dat halo's doordrongen zijn van wolken van klonterig gas. We vinden geen enkel bewijs voor deze wolken, ' zei Prochaska.

Het FRB-signaal geeft ook informatie over het magnetische veld in de halo, die de polarisatie van de radiogolven beïnvloedt. Het analyseren van de polarisatie als functie van de frequentie geeft een "rotatiemaat" voor de halo, die de onderzoekers erg laag vonden. "Het zwakke magnetische veld in de halo is een miljard keer zwakker dan dat van een koelkastmagneet, ' zei Prochaska.

Op dit punt, met resultaten van slechts één galactische halo, de onderzoekers kunnen niet zeggen of de onverwacht lage dichtheid en magnetische veldsterkte ongebruikelijk zijn of dat eerdere studies van galactische halo's deze eigenschappen hebben overschat. ASKAP en andere radiotelescopen zullen snelle radio-uitbarstingen gebruiken om nog veel meer galactische halo's te bestuderen en hun eigenschappen op te lossen.

"Dit sterrenstelsel is misschien speciaal, " zei Prochaska. "We zullen FRB's moeten gebruiken om tientallen of honderden sterrenstelsels over een reeks van massa's en leeftijden te bestuderen om de volledige populatie te beoordelen."