Колоссальная вспышка в центре Млечного Пути изменила вещество за его пределами

Астрономы обнаружили в облаках газа за пределами Галактики следы колоссальной вспышки, произошедшей в центре Млечного Пути 3,5 миллиона лет назад. Наши обезьяноподобные предки могли наслаждаться необычным зрелищем в течение целого миллиона лет. По словам экспертов, катаклизм заставил межгалактическое вещество сиять как новогодняя ёлка.

Открытие описано в научной статье, принятой к публикации в издание Astrophysical Journal и доступной в виде препринта.

Следы минувшего

Следы древней катастрофы были зафиксированы при изучении Магелланова Потока. Это полоса межзвёздного газа, протянувшаяся от карликовой галактики Малое Магелланово Облако. Часть этой "ленты" проходит под южным полюсом Млечного Пути на расстоянии в 200 тысяч световых лет от её центра.

Авторы вели наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне, используя прославленный телескоп "Хаббл". Они наблюдали 21 далёкий квазар, просвечивающий Магелланов Поток насквозь.

"Когда излучение от квазара проходит через интересующий нас газ, часть излучения с определённой длиной волны поглощается атомами облака", - объясняет соавтор исследования Элэйн Фрэйзер (Elaine Frazer) из Института исследований космоса с помощью космического телескопа "Хаббл".

Выяснив, волны какой именно длины поглощаются веществом, можно отличить нейтральные атомы (имеющие полный набор электронов) от ионов (атомов, лишённых части электронов).

Кто украл электроны?

В предыдущих исследованиях было показано, что Магелланов Поток состоит в основном из нейтральных атомов. Но в нём содержатся и ионы. Это атомы кремния, лишённые одного, двух или трёх электронов, и атомы углерода, утратившие один или три электрона.

Между тем, чтобы оторвать электрон от атома, требуется энергия. Чтобы лишить его двух электронов, энергии нужно больше, а чтобы унести сразу три - ещё больше. Какой же процесс достаточно энергичен, чтобы лишить ядра атомов законной "свиты"?

Есть два возможных сценария частичной ионизации газа. Во-первых, виной всему могут быть столкновения атомов между собой. Во-вторых, дело может быть в излучении, некогда пронизавшем облако насквозь и оторвавшем электроны от атомов. Выяснить, какой из двух вариантов имел место в случае Магелланова Потока можно, изучив, как движется сильно и слабо ионизированный газ в изучаемом объекте.



Поясним. Хаотическое тепловое движение приводит к тому, что каждый атом постоянно сталкивается с соседями. Для абсолютного большинства атомов это проходит бесследно. Однако иногда атом может потерять электрон, в крайнем случае два. Но не три: в холодных межзвёздных облаках атомы движутся слишком медленно.

Столкновения атомов, отрывающие сразу три электрона, возможны лишь в экзотических процессах вроде перемешивания турбулентных потоков. Тогда движение сильно ионизированных атомов должно повторять движение этих несущих их потоков (в которых, повторим, абсолютное большинство атомов остаются нейтральными, так что ионам отведена роль "щепок", плывущих по течению).

А если причина ионизации не в столкновениях атомов, а в пронизавшем вещество излучении? Тогда атомы с высокой степенью ионизации будут рассеяны в тех же массах нейтрального газа, что и слабо ионизированные атомы, а не концентрироваться в особых потоках и течениях. Сколько электронов потеряет атом, зависит от того, какая порция излучения ему достанется, и тут уж кому как повезёт. Здесь явно ни при чём никакие движения в газе.

Луч из центра Галактики

Тщательно изучив движение сильно и слабо ионизированных атомов в Магеллановом Потоке, авторы не обнаружили никаких свидетельств того, что первые концентрируются в особых структурах. Это означает, что газ был ионизирован излучением.

Но есть лишь один процесс, способный породить излучение такой мощности. Это вспышка, вызванная падением огромного облака вещества на сверхмассивную чёрную дыру.

И в связи с этим очень важно, что исследователи рассматривали ту часть Магелланова Потока, которая проходит под центром Галактики. Где, как известно, расположена чёрная дыра массой в четыре миллиона солнц.

Конус излучения, исходящего из южного полюса Галактики окатил Магелланов Поток, но не затронул Передний Рукав. Перевод Вести.Ru. Иллюстрация NASA, ESA, L. Hustak (STScI).

Чтобы проверить свою версию, исследователи также изучили движение ионов в Переднем Рукаве (при этом учитывалось излучение ещё десяти фоновых квазаров).

Этот шлейф газа тянется от Большого Магелланова Облака на север. Он проходит над экватором Галактики, а не над её полюсами. В случае вспышки в центре Млечного Пути между Передним Рукавом и чёрной дырой оказалась бы половина диска Галактики, наверняка поглотившая бы почти всё излучение.

И действительно, оказалось, что в Переднем Рукаве сильно ионизированный газ движется совсем не так, как слабо ионизированный. То есть здесь атомы ионизируются столкновениями, а не случившейся некогда вспышкой излучения.

Сценарий катастрофы

По расчётам авторов, катаклизм начался 3,5 миллиона лет назад. Тогда к центральной чёрной дыре Млечного Пути приблизилось облако вещества массой в сотню солнц. В течение миллиона лет чёрная дыра поглощала его. Этот бурный процесс раскалял вещество и заставлял его испускать излучение.

По астрономическим меркам миллион лет - это мгновение, поэтому специалисты и называют это событие вспышкой. Но многие поколения наших обезьяноподобных предков по ночам могли видеть сияние в части неба, которую мы сейчас называем созвездием Стрельца.

Из окрестностей чёрной дыры во все стороны рвался поток жёсткого излучения. В плоскости диска Млечного Пути ему предстояло пройти пятьдесят тысяч световых лет, чтобы добраться до края Галактики. По пути эти лучи поглощались межзвёздным газом, поэтому и не достигли Переднего Рукава. А вот над плоскостью Млечного Пути такой преграды не было. Пронизав насквозь тонкий диск, излучение вырывалось по направлению полюсов Галактики в виде двух огромных конусов.

В южный конус и попал ни в чём не повинный Магелланов Поток. Большое количество газа, которого хватило бы на сто миллионов солнц, превратилось из нейтральных атомов в ионы.

"Вспышка была настолько мощной, что заставила [Магелланов] Поток светиться как рождественская ёлка. Это было катастрофическое событие!", - заявляет первый автор статьи Эндрю Фокс (Andrew Fox), также из Института исследований космоса с помощью космического телескопа "Хаббл".

По версии авторов, катаклизм также породил загадочные структуры, известные как пузыри Ферми (показаны фиолетовым). Иллюстрация NASA Goddard Space Flight Center.

Когда Галактика пускает пузыри

Авторы также полагают, что этот же катаклизм привёл к образованию пузырей Ферми. Напомним, что это два гигантских шарообразных скопления горячей плазмы. Один из них расположен выше, а другой ниже плоскости Млечного Пути.

Диаметр каждого из пузырей составляет около 25 тысяч световых лет, а масса - миллионы солнц. Для сравнения: толщина диска Галактики составляет всего тысячу световых лет.

Пузыри Ферми были открыты в 2010 году, и с тех пор астрономы спорят об их происхождении. Похоже, теперь эта загадка разгадана. Во всяком случае, судя по возрасту, они вполне могут быть плодами той самой вспышки.

"Мы всегда думали, что пузыри Ферми и Магелланов Поток - разные объекты, что они не связаны между собой и занимаются своими делами в разных частях гало Галактики, - признаётся Фокс. - Теперь мы видим, что одна и та же мощная вспышка центральной черной дыры нашей галактики сыграла главную роль [в судьбе] обоих".

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как центральная чёрная дыра Млечного Пути вспыхивает в наши дни. Говорили мы и о том, что её активность может разносить жизнь по Галактике.

Текст: Вести.Наука

Источник: Вести