[Перевод] Над Млечным Путём возвышаются огромные пузыри размером с галактику
Десятилетия астрономы спорили о том, является ли пятно на фотографиях космоса близко расположенным объектом небольшого размера, или чем-то огромным и далёким. Новая рентгеновская карта звёздного неба поддерживает второй вариант.
На этой рентгеновской карте [кликабельно] чётко видны огромные пузыри, идущие вверх и вниз от диска Млечного Пути. Скорее всего, их породила сверхмассивная чёрная дыра в центре Галактики.
Когда Питер Предель, астрофизик из немецкого Института внеземной физики Общества Макса Планка, впервые обратил внимание на новую карту самых горячих объектов Вселенной, он сразу же распознал на ней последствия галактической катастрофы. Ярко-жёлтое облако вздымалось на десятки тысяч световых лет в одну сторону от плоского диска Млечного Пути, а его чуть более бледный двойник отражением простирался в противоположную сторону.
Структура была настолько очевидной, что её вроде бы излишне было подробно описывать в письменном виде. «Однако журнал Nature не принял бы от нас публикацию в виде одной картинки, а редактор не сказал бы что-то вроде «Ага, вижу», — сказал Предель. — Поэтому нам пришлось провести кое-какой анализ».
Опубликованные 9 декабря 2020 года в журнале результаты передвинули одну идею из области пограничных теорий в мейнстрим.
В 1950-х астрономы впервые заметили возвышающуюся над нами — «к северу» от галактической плоскости — арку, испускающую радиолучи. В последующие десятилетия «Северный полярный пик» стал чем-то вроде небесного теста Роршаха. Некоторым в нём виделись относительно близко расположенные остатки бывшей звезды. Другим — свидетельства масштабного взрыва.
Противоречия возникали из-за основной головной боли всех астрономов — заглядывающие в космос исследователи лишены восприятия глубины. «Мы видим двумерную карту трёхмерной Вселенной, — сказал Каустав Дас, исследователь из Калифорнийского технологического института.
Несколько десятилетий астрономы считали, что Северный полярный пик был частью нашего галактического региона. В некоторых исследованиях утверждалось, что он связан с близлежащими газовыми облаками. Другие, видя, как он искажает находящиеся на его фоне звёзды, и делали вывод, что это остатки сверхновой — пылевое облако, служащее надгробием погибшей звезде.
Но Йосиаки Софуэ, астроном из Токийского университета, всегда считал, что Северный полярный пик выглядит слишком вычурно для простого облака звёздных останков. Он считал, что эта арка является частью огромной невидимой структуры — пары пузырей, охватывающих с двух сторон центр Галактики. В 1977 году он опубликовал симуляцию, выдающую цифровые облака в виде пика, и с тех пор рассказывал всем готовым его выслушать, что этот пик возвышается на десятки тысяч световых лет над диском. Он описывал его как расширяющуюся ударную волну от галактического бедствия, случившегося миллионы лет назад.
Но если Софуэ был прав, то к югу от галактической плоскости тоже должен была существовать двойник этой структуры. Но астрономы не видели никаких его следов, и большинство из них эта теория не убедила.
А затем в 2010-м космический гамма-телескоп Ферми уловил слабое гамма-свечение двух огромных полушарий, простирающихся примерно на 20 000 лет в обе стороны от центра Галактики. Для Северного полярного пика они были слишком маленькими, однако в остальном были очень похожи на облака горячего газа галактических масштабов, предсказанные Софуэ. Астрономы задумались: если в Галактике есть парочка пузырей, почему бы пику не быть частью второго набора?
«Ситуация кардинально изменилась после открытия пузырей Ферми», — сказал Юн Катаока, астроном из японского университета Васэда, работавший вместе с Софуэ.
Новые изображения закрепили изменения во мнениях. Они были получены с eROSITA, рентгеновского космического телескопа, запущенного в 2019 году для отслеживания влияния тёмной материи на галактические скопления. Команда eROSITA выпустила предварительную карту в июне. Это был результат первых шести месяцев наблюдений.
На карту нанесены рентгеновские пузыри, выросшие примерно на 45 000 световых лет, в которых заключены гамма-пузыри Ферми. Испускает рентгеновские лучи газ, разогретый до 3–4 млн градусов Кельвина, расширяющийся со скоростью 300–400 км/с. При этом северный пузырь не просто идеально совпадает с Северным полярным пиком — на фото прекрасно виден его зеркальный двойник, как и предсказывал Софуэ. «Особенно мне было радостно видеть южный пузырь, так похожий на мою симуляцию», — сказал он.
До полной интерпретации всех наблюдений Северного полярного пика пока далеко — это задача сложная, к тому же, на его переднем плане могли случайно оказаться недалеко расположенные останки сверхновой, из-за чего обе интерпретации наблюдений могут оказаться частично верными. В сентябре Дас с коллегами использовали новейшие методы наблюдений за удалёнными звёздами, чтобы показать, что на расстоянии 450 световых лет есть какая-то пыль — по галактическим стандартам, рукой подать.
На композитном изображении, где синим обозначены рентгеновские лучи, а красным — гамма-лучи, рентгеновские пузыри и пузыри Ферми явно видны.
Однако смысл грибовидных облаков eROSITA ясен — что-то в центре Млечного Пути очень неплохо рвануло 15–20 млн лет назад. Примерно в то время, когда на Земле появлялись первые гиены и куницы.
«Думаю, что на сегодня дебаты можно заканчивать», — сказал Предель, 25 лет потративший на разработку eROSITA.
Что же там рвануло? Судя по тому, что эти облака получились такими огромными и горячими, есть два правдоподобных варианта.
Либо появилась и взорвалась волна из десятков тысяч звёзд — что-то вроде процесса, идущего в галактиках со вспышками звездообразования. Однако пузыри кажутся очень чистыми, в них нет осколков тяжёлых металлов, которая должна была там остаться случае взрывающихся звёзд. «Металлов там очень мало, поэтому я не думаю, что это связано со вспышкой звёздной активности», — сказал Катаока [«металлами» астрономы называют все элементы тяжелее гелия / прим. пер.].
Либо во взрыве нужно обвинить сверхмассивную чёрную дыру, расположившуюся в самом сердце Галактик. Сегодня этот левиафан массой в 4 млн солнечных ведёт себя относительно тихо. Но если в какой-то момент к нему слишком близко подобралось большое облако газа, чёрная дыра зажглась бы, как прожектор. Она бы не только полакомилась незадачливым прохожим, но и разбросала бы половину его энергии вверх и вниз от плоскости диска, надув бы рентгеновские пузыри и пузыри Ферми. Хотя, как говорит Предель, две этих парочки могли появиться в разные моменты времени.
Астрономы давно изучают галактики, выстреливающие джеты вверх и вниз от плоскости их дисков, и думали над тем, что же заставляет центральные сверхмассивные чёрные дыры в таких галактиках вести себя особенно агрессивно. Пузыри Ферми и eROSITA говорят о том, что основную разницу в поведении, возможно, обеспечивают просто разные временные промежутки.
