Радиотуман Млечного Пути: ученые из России измерили рассеяние радиоволн у галактической перемычки
Ученые из Крымской астрофизической обсерватории, МФТИ и ФИАН с зарубежными коллегами прощупали методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами участок галактической плоскости, на котором ближний конец звездной перемычки Млечного Пути стыкуется со спиральными рукавами.
Млечный Путь — спиральная галактика с перемычкой, или баром, в центре. Ближний конец этой перемычки переходит в спиральные рукава — там идет активное звездообразование, взрываются сверхновые, дуют звездные ветры. Все это перемешивает межзвездный газ, и в нем возникают турбулентные вихри самых разных масштабов. Часть газа ионизована, а значит, в нем есть свободные электроны. Радиоволна от далекого источника идет к нам не по одной прямой, а по множеству чуть разных путей — и изображение размывается. Это как смотреть на уличный фонарь сквозь матовое стекло: яркая точка превращается в пятно.
Сильнее всего рассеяние проявляется у галактической плоскости.
Исследователи выбрали полосу неба восемь градусов по галактической долготе и два градуса по широте. Здесь конец перемычки Млечного Пути переходит в спиральные рукава, и там идет активное звездообразование. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Исследование поддержано Российским научным фондом, грант №25-22-00152.
Для наблюдений исследователи выбрали 1210 радиоисточников, ранее обнаруженных радиоинтерферометром VLA в рамках обзора галактической плоскости GLOSTAR. Однако система радиотелескопов VLBA на частоте 1,6 ГГц зарегистрировала только 18 из них — около 1,5%.
На более высоких частотах доля обнаружений выросла: 3,4% на 2,3 ГГц и 9,2% на 4,9 ГГц. Низкую долю обнаружений авторы связывают с сильным межзвездным рассеянием: плазма размывает изображения источников, а VLBA плохо регистрирует такое протяженное излучение. На более высоких частотах рассеяние слабее.
Дополнительные проверки подтвердили общую картину. Обнаруженные источники смещены к большим галактическим широтам, то есть подальше от плотной плоскости диска. Ни один из них не виден сквозь остатки сверхновых и области ионизованного водорода, которые занимают около 14% площади поля.
Но главное — удалось понять, как расположен сам рассеивающий экран. Один из ярких источников, квазар J1853-0010, на частоте 4,8 ГГц оказался вытянут вдоль галактической плоскости. Это означает, что экран, который размывает радиоволны, ориентирован поперек диска. Затем по 20 источникам построили зависимость видимого размера от галактической широты. Кривая оказалась гауссианой шириной около двух градусов с максимумом почти точно на средней плоскости Галактики. Это хорошо согласуется с толщиной тонкого диска Млечного Пути — один–три градуса, где и сосредоточена турбулентная плазма. Небольшой сдвиг максимума тоже объясним: Солнце приподнято над средней плоскостью, и луч зрения пересекает ее примерно в 5,5 килопарсека от нас — как раз там, где заканчивается перемычка.
Астрономы сравнили измеренные угловые размеры радиоизображений с расчетами по модели NE2001. Эта модель описывает распределение свободных электронов и неоднородности их плотности в Млечном Пути и позволяет оценить, насколько межзвездная плазма размывает изображения далеких радиоисточников.
В направлениях, удаленных от галактической плоскости более чем на один градус, измеренные размеры хорошо согласовались с расчетами. Но в пределах одного градуса от плоскости изображения в среднем оказались крупнее предсказанных. Это указывает на то, что в исследованной области вблизи плоскости Млечного Пути модель недооценивает рассеяние радиоволн.
Илья Пащенко, старший научный сотрудник лаборатории фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ, рассказал об обработке данных так: «Сигналы были на пределе чувствительности, поэтому мы отказались от привычной самокалибровки. Следующий шаг — добавить к сети короткие базы: одна антенна VLA или e-MERLIN поднимут долю обнаружений и позволят измерить размеры объектов, которые сейчас для нас просто исчезают».
Практические следствия исследования значительны.
Во-первых, межзвездное рассеяние — это реальная помеха для радиоастрономии. Оно размывает изображения далеких галактик, пульсаров, радиогалактик и даже окрестностей сверхмассивных черных дыр. Чем точнее мы знаем, как и где рассеивается сигнал, тем лучше можем его «очистить» и увидеть то, что скрыто.
Во-вторых, работа уточняет карту межзвездной плазмы.
В-третьих, это шаг к пониманию турбулентности межзвездной среды. Где рождаются вихри, как они связаны со спиральными рукавами, звездообразованием и взрывами сверхновых — все это влияет на то, как распространяются радиоволны. А значит, астрономы получают инструмент для изучения структуры Галактики через ее «радиотуман».
Кроме сотрудников Крымской астрофизической обсерватории, МФТИ и ФИАН в работе принимали участие их коллеги из Института радиоастрономии Общества Макса Планка (Германия), Папского католического университета Вальпараисо (Чили), Гарвардского университета и Технологического института Нью-Мексико (США), Индийского института науки и Национальных астрономических обсерваторий Китайской академии наук.
Telegram 
Дзен 
VK 
