Моделирование и исследования ждут SKA, самого большого радиотелескопа из когда-либо созданных
Square Kilometre Array скоро станет крупнейшим в мире радиотелескопом. Недавно группа исследователей показала, что SKA сможет обнаружить радиоизлучение от галактик в ранней Вселенной и за ее пределами.
Обсерватория Square Kilometre Array (SKAO), также известная как SKA, вскоре станет крупнейшим в мире радиотелескопом. Он будет состоять из сети двух радиотелескопов в Австралии и Южной Африке, каждый из которых состоит из сотен антенн. Недавно международная группа исследователей продемонстрировала, что SKA сможет обнаружить радиоизлучение от спиральных галактик в ранней Вселенной.
Астрономы входят в группу SKAO "Внегалактический континуум" и ищут способ изучить космическую эпоху, когда активность звездообразования внезапно снизилась после эпохи, известной как космический полдень. Они смоделировали физические свойства межзвездной среды галактик, похожих на галактику Треугольник (M33) и галактику Водоворот (M51) в раннюю эпоху развития Вселенной. Результаты показывают, что инструментарий должен быть достаточно чувствительным для обнаружения первобытных галактик уже на ранней стадии реализации SKAO.
Космический полдень и спад звездообразования
Около 10 миллиардов лет назад, после периода большой активности, известного как космический полдень, в галактиках произошел спад в производстве новых звезд. Этот переход в ходе космической эволюции еще не до конца изучен.
Исследователи предполагают, что внезапное снижение галактической активности связано с уменьшением количества холодного газа внутри галактик, который служит топливом для звездообразования. Однако наблюдения показывают, что многие галактики все еще имеют запасы газа, достаточно большие, чтобы позволить новым звездам образоваться.
И действительно, до сих пор нет уверенности в том, что это наиболее правдоподобное объяснение. "Другая возможность заключается в том, что давление магнитного поля, высокоэнергетические частицы и турбулентность все больше стабилизируют холодный газ в галактиках". Так считает Фатемех Табатабаеи, бывший научный сотрудник Института астрономии Макса Планка (MPIA) в Гейдельберге и соавтор исследования. "Чтобы понять важность этих факторов, необходимо изучить энергетический баланс как функцию красного смещения".
В астрономии красное смещение определяется как явление, при котором спектры света, испускаемого небесными объектами (например, галактиками), со временем смещаются в сторону более длинных волн из-за расширения Вселенной. Красное смещение можно напрямую преобразовать в расстояние, или возраст, от Большого взрыва.
Чтобы оценить будущую производительность SKA и понять, можно ли будет понять переход между космическим полуднем и снижением скорости звездообразования, астрономы смоделировали физические процессы в межзвездной среде (ISM) галактик на разных красных смещениях. ISM состоит в основном из газа и микроскопических твердых частиц, которые астрономы называют пылью и которые при различных температурах пронизывают пространство между звездами.
В результате взаимодействия высокоэнергетических частиц и магнитных полей в ISM происходит излучение в диапазоне радиоволн. Именно поэтому радиотелескопы, такие как SKA, важны для отслеживания энергетических процессов в галактиках, в том числе:
- понимание энергетического баланса и формирования структуры галактик с течением времени;
- отображение различных энергетических процессов в близких и далеких галактиках;
- проливая свет на процессы и события, управляющие эволюцией галактик;
- улучшить понимание снижения активности звездообразования.
Результаты моделирования
Важной частью подготовки к будущим данным SKA является выбор типов галактик и космических расстояний, необходимых для изучения этих процессов в ранней Вселенной. Масумех Гасеми-Нодехи, постдок в IPM и сотрудник этого проекта, объяснил:
В качестве первого шага нам было интересно смоделировать излучение радия из ISM типичных галактик с высоким красным смещением, используя в качестве моделей современные нормальные спиральные галактики, такие как M51, NGC 6946 и M33. Наше моделирование учитывает два различных механизма излучения: тепловое свободное излучение и нетепловое синхротронное излучение. Мы показали, что радиочастотные исследования SKAO на первом этапе, 1 MID (SKA1-MID), позволяют картировать синхротронное излучение в M51-подобных галактиках вплоть до красного смещения 3, когда возраст Вселенной составлял лишь одну седьмую ее нынешнего возраста.
Ожидается, что в эпохи, предшествующие эпохе, достигнутой SKA, релятивистские частицы и магнитные поля вызывали повышенное давление в межзвездной среде. Это объясняется более высоким уровнем активности звездообразования в этих ранних галактиках. Это ожидание было продемонстрировано в новом , но будет видно, сможет ли SKA подтвердить его.
Безусловно, благодаря чувствительности и скорости обнаружения приборов, этот новый гигантский радиотелескоп прольет свет на важнейшие темы в астрофизике. Среди его задач — изучение формирования структур в первозданной Вселенной, рождения первых звезд и галактик, а также космической эволюции галактик. В большинстве случаев эти явления будут изучаться с помощью многоволновых обзоров, охватывающих различные области неба.