Художественное представление пузырей Ферми в нашей галактике. Фото: NASA
Пара гигантских пузырей гамма-излучения с центром в ядре галактики Млечный путь была обнаружена космическим телескопом гамма-излучения Ферми 10 лет назад. Но как возникли эти так называемые «пузыри Ферми», было загадкой.
Однако недавно исследователи в Шанхайской астрономической обсерватории (SHAO) Академии наук Китая представили новую модель, которая впервые одновременно объясняет происхождение, как пузырей Ферми, так и биконической рентгеновской структуры галактического центра, которая была обнаружена в 2003 году.
Согласно этой модели, две структуры, по сути, являются одним и тем же явлением и были образованы ударом, вызванным парой струй, исходящих от Стрельца A * (Sgr A *) (сверхмассивной черной дыры, скрывающейся в центре галактики) около пяти миллионов много лет назад. Исследование было опубликовано в Астрофизическом журнале.
Рентгеновское изображение черной дыры Стрелец А*
Пузыри Ферми - это две колоссальные капли, заполненные очень горячим газом, космическими лучами и магнитными полями. Хотя их нельзя увидеть невооруженным глазом, они очень яркие в рассеянном гамма-излучении. В гамма-лучах пузыри Ферми имеют очень острые края, и края хорошо совпадают со структурой рентгеновского излучения, называемой биконической структурой галактического центра.
Видя очень похожие края пузырей Ферми и биконическую рентгеновскую структуру галактического центра, исследователи SHAO поняли, что эти структуры могут иметь одинаковое происхождение. Кроме того, биконическая структура рентгеновских лучей может быть естественным образом объяснена ударно-сжатой тонкой оболочкой горячего термального газа, вызванной выбросом прошедшей энергии из центра галактики.
В предыдущих теоретических моделях и компьютерном моделировании пузырей Ферми были предложены два основных конкурирующих источника энергии, а именно: звездообразование в центре галактики и Sgr A *. Однако в обеих моделях пузыри Ферми объясняются как выталкивающие пузыри, в то время как прямой удар всегда находится намного дальше от края пузырей Ферми. Другими словами, эти модели не могли объяснить пузыри Ферми и биконическую рентгеновскую структуру галактического центра одновременно.
Строение загадочных пузырей Ферми
Напротив, теоретическая модель в этом исследовании, предложенная Го Фулая и его аспирантом Чжан Жуйю из SHAO, использовала компьютерное моделирование, чтобы впервые продемонстрировать, что пузыри Ферми и биконическая рентгеновская структура галактического центра - это одно и то же явление.
В этой модели край пузырей Ферми представляет собой прямой удар, вызванный парой струй, исходящих от Sgr A * около пяти миллионов лет назад.
«Одна хорошая вещь в этой модели состоит в том, что энергия и возраст пузырей Ферми могут быть достаточно хорошо ограничены рентгеновскими наблюдениями», - сказал автор исследования Го Фулай. Возраст пузырей, выведенных в этом исследовании, также согласуется с возрастом, полученным из недавних ультрафиолетовых наблюдений некоторых высокоскоростных облаков вдоль многих линий взгляда в направлении областей пузырей.
Новая модель указывает на то, что полная энергия, инжектируемая во время события пузыря Ферми сверхмассивной черной дырой, близка к той, которая выделяется примерно 20 000 сверхновыми. Общее количество вещества, потребляемое Sgr A * во время этого события, составляет около 100 солнечных масс.
«Еще одна очень интересная вещь, которую мы обнаружили в нашем исследовании, состоит в том, что, если пузыри и биконическая рентгеновская структура имеют одинаковое происхождение, то что они будут образовываться в результате образования звезд или ветров черных дыр», - сказал Го.
Вблизи центра галактики биконическая рентгеновская структура имеет очень узкое основание, в то время как прямой удар, вызванный образованием звезд или ветрами черных дыр, может легко распространяться на большие расстояния, приводя к основанию, намного более широкому, чем наблюдаемое.