Гигантские пузыри, расширяющиеся из Млечного Пути, могут быть объяснены одним событием

Два набора гигантских пузырей, простирающихся на тысячи световых лет выше и ниже плоскости Млечного Пути, могли возникнуть в результате одного и того же события, несмотря на значительную разницу в размерах.

Они называются пузырями Ферми и пузырями eROSITA, и астрономы считают, что они возникли в результате активности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, Стрелец А*. Поскольку один набор пузырей намного больше другого, неясно, возникли ли они одновременно или в результате отдельных событий.

Пузыри Ферми, обнаруженные в 2010 году и наполненные горячим газом и магнитными полями, испускающими гамма-излучение, простираются на девять килопарсек (29 354 световых лет) выше и ниже галактической плоскости, общий размер которых составляет 18 килопарсек. Они также имеют микроволновый аналог, называемый микроволновой дымкой.

Пузыри eROSITA, испускающие рентгеновское излучение, простираются на 14 килопарсек (45 661 световой год) в обе стороны от галактического центра, что в общей сложности составляет 28 килопарсек. При таком размере они полностью поглощают пузыри Ферми.

Однако еще до обнаружения полного размера пузырей eROSITA, о чем подробно говорится в статье 2020 года, ученые считали вероятным, что они образовались в результате одной и той же вспышки. Эти два набора пузырей имеют удивительно похожую форму, что позволяет предположить, что они каким-то образом связаны между собой.

Поскольку пузыри испускаются из галактического центра и поскольку подобные пузыри были замечены в других галактиках, кажется вероятным, что пузыри Fermi и eROSITA связаны с Sgr A*, а не с периодом повышенного звездообразования, известного как звездная вспышка.

Группа астрономов под руководством Хсианг-И Карен Янг из Национального университета Цин Хуа на Тайване использовала численное моделирование, чтобы сузить круг возможных явлений активности сверхмассивной черной дыры, которые могут привести к образованию пузырей, как мы их видим. Выбирая из двух возможных явлений - гигантские ветры, дующие из Sgr A*, или астрофизические струи - исследователи пришли к выводу, что астрофизические струи более правдоподобны.

"До обнаружения пузырей eROSITA физическое происхождение пузырей Ферми и микроволновой дымки было предметом жарких споров", - пишут они в своей статье.

"Мы показываем, что новые данные eROSITA предоставляют важнейшую информацию, которая позволяет нам наложить дополнительные ограничения на эти два сценария, и что сочетание гамма-, рентгеновских и микроволновых изображений и спектров убедительно свидетельствует о том, что вероятным виновником является прошлая реактивная активность черной дыры галактического центра".

Sgr A* сейчас довольно тихая, излучая лишь случайные вспышки. Это не то, что мы классифицируем как активное галактическое ядро; это галактическая сверхмассивная черная дыра, которая активно питается материалом из огромного облака вокруг нее. Это беспорядочный процесс, с различными видами оттока.

Пространство вокруг черной дыры становится очень сложным. Материал поступает в черную дыру из аккреционного диска, который закручивается вокруг нее, подобно тому, как вода закручивается вокруг стока. Считается, что эти струи образуются из небольшой части материала, который попадает в воронку вдоль линий магнитного поля за горизонтом событий, из внутренней области аккреционного диска.

Линии магнитного поля действуют как синхротрон, ускоряя этот материал к полярным областям черной дыры, где он выбрасывается в космос в виде невероятно быстрых струй ионизированной плазмы. Эти струи могут пронестись на значительное расстояние в пространство над и под галактической плоскостью.

В моделировании Янг и ее команда предположили, что Sgr A* была активна около 2,6 миллиона лет назад и выбрасывала струи в космос в течение примерно 100 000 лет, проталкиваясь в межзвездную среду галактического гало.

Эти предположения четко воспроизвели наборы пузырей, очень похожих на наблюдаемые пузыри Ферми и eROSITA.

Большой контраст давления между струями и окружающим газом межзвездной среды вызвал расширение струй в пару "коконов" или "пузырей", похожих на радиопузыри, наблюдаемые в скоплениях галактик, обнаружили исследователи.

"В настоящее время коконы выросли и достигли высоты ~7,5 килопарсек от галактической плоскости. Электроны космических лучей внутри коконов, которые были перенесены из галактического центра, взаимодействуют с полем межзвездного излучения и светятся в гамма-диапазоне в виде наблюдаемых пузырей Ферми", - пишут они в своей статье.

"Та же инжекция энергии из черной дыры и последующее расширение кокона оттолкнули газ внутри галактического гало от галактического гало со сверхзвуковой скоростью, сформировав распространяющуюся наружу ударную волну. На фронте ударной волны сжатие газа вызвало увеличение плотности местного газа, что привело к усиленному тепловому бремсштралунговскому (тормозному) излучению в рентгеновском диапазоне, проявившемуся в виде пузырей eROSITA".

Из-за большого количества пыли галактический центр очень трудно рассмотреть. Если пузыри были порождены струями около 2,6 миллионов лет назад, это дает нам некоторые подсказки относительно его истории. Модель команды предполагает, что магнитные поля и излучение были подавлены во время запуска струй. Изучение механизмов, с помощью которых это могло произойти, может стать предметом будущего анализа.

"Будущие исследования позволят выяснить влияние этой энергичной обратной связи на историю эволюции нашей галактики Млечный Путь", - пишут исследователи, - "и как это событие вписывается в более широкую картину коэволюции сверхмассивных черных дыр и галактик во Вселенной".

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.