Центральная молекулярная зона (ЦМЗ) в центре Млечного Пути содержит много газа. Он содержит около 60 миллионов солнечных масс молекулярного газа в комплексах гигантских молекулярных облаков (ГМО), структур, в которых обычно формируются звезды. Из-за наличия Саг. A*, сверхмассивная черная дыра Млечного Пути (СМЧД), CMZ представляет собой экстремальную среду. Газ в КМЗ в десять раз плотнее, более турбулентный и более нагретый, чем газ в других частях галактики.
Как ведут себя звездообразующие ГМС в таких экстремальных условиях?
Исследователи нашли новый способ изучения двух GMC в CMZ. Облака называют «палками» и «камнями», и астрономы использовали десятилетия рентгеновских наблюдений рентгеновской обсерватории Чандра для изучения трехмерных структур пары облаков.
Исследователь физики Даня Албослани из Университета Коннектикута и постдокторант доктор. Саманта Брункер обе работают в лаборатории Млечного Пути в Университете Коннектикута. Они подготовили две рукописи, в которых представляют свой новый метод рентгеновской томографии и свои результаты. Брункер является ведущим автором книги «3D MC I:», а Альбослани также являются соавторами каждой статьи. Альбослани также представила свои результаты на недавнем 245-м заседании Американского астрономического общества.
Когда газ из других частей галактики достигает Стрельца A*, он образует аккреционное кольцо вокруг СМЧД. Когда газ нагревается, он испускает рентгеновские лучи. Эти рентгеновские выбросы происходят лишь спорадически, и в прошлом некоторые из этих эпизодов были очень интенсивными. Рентгеновские лучи распространяются во всех направлениях, и хотя у нас не было возможности их наблюдать, они взаимодействовали с ГМЦ вблизи КМЗ. Облака сначала поглотили их, а затем снова выпустили в результате явления, называемого флуоресценцией.
«Облако поглощает рентгеновские лучи, исходящие от Стрельца А*, а затем повторно излучает их во всех направлениях. Некоторые из этих рентгеновских лучей приходят к нам, и существует очень специфический энергетический уровень — линия нейтрального железа с напряжением 6,4 электрон-вольта, которая, как было показано, коррелирует с плотными частями молекулярного газа», — говорит Альбослани. «Если вы представите черную дыру в центре, производящую рентгеновские лучи, которые излучаются наружу и в конечном итоге взаимодействуют с молекулярным облаком в CMZ, со временем различные части облака становятся подсвеченными, поэтому то, что мы видим, — это «сканирование». облако.»
Центр галактики забит пылью, закрывающей нам обзор региона. Видимый свет блокируется, но мощные рентгеновские лучи, испускаемые Стрельцом А* во время аккреции, видны.
Обычно астрономы видят только два измерения объектов в космосе. По словам Баттерсби, их новый метод рентгеновской томографии позволяет им измерять третье измерение GMC. Баттерсби объясняет, что хотя обычно мы видим только два пространственных измерения объектов в космосе, метод рентгеновской томографии позволяет нам измерить третье измерение облака. Это потому, что мы видим, как рентгеновские лучи со временем освещают отдельные участки облака. «Мы можем использовать временную задержку между освещением для расчета третьего пространственного измерения, поскольку рентгеновские лучи движутся со скоростью света», — объясняет Баттерсби.
Рентгеновская обсерватория «Чандра» наблюдает эти рентгеновские лучи уже два десятилетия, видя разные «срезы» облаков, прямо как в медицинской томографии. Затем разрезы собираются в 3D-изображение. Это первые 3D-карты звездообразующих облаков в столь экстремальных условиях.
Метод рентгеновской томографии имеет недостаток. Рентгеновские наблюдения не непрерывны, поэтому есть пробелы. Есть также некоторые структуры, которые видны в субмиллиметровом диапазоне волн и не видны в рентгеновских лучах. Чтобы обойти эту проблему, два исследователя использовали данные ALMA и Космической обсерватории Гершель для сравнения структур, видимых в рентгеновских эхо-сигналах, со структурами на других длинах волн. Структуры, отсутствующие в рентгеновских лучах, но видимые в субмиллиметровом диапазоне волн, также можно использовать для определения продолжительности рентгеновских вспышек, освещавших облака.
«Мы можем оценить размер молекулярных структур, которые мы не видим на рентгеновском изображении», — говорит Брункер, — «и оттуда мы можем ограничить продолжительность рентгеновского луча, моделируя то, что мы можем рассмотреть». это для ряда длин факелов. Модель, которая воспроизводила наблюдения с «недостающими структурами» аналогичного размера, предполагала, что рентгеновский луч не мог длиться дольше четырех-пяти месяцев».
«Общая морфологическая согласованность и, в частности, объединение самых плотных областей как в рентгеновских, так и в молекулярных данных поразительны, и это первый раз, когда это показано в таком маленьком масштабе», — говорит Брункер.
Обнаружение третьего измерения облаков в этой экстремальной среде может открыть новые возможности для открытий.
«Хотя мы многое узнаем о молекулярных облаках из данных, собранных в 2D, дополнительное третье измерение позволяет более детально понять физику формирования новых звезд», — говорит Баттерсби. «Кроме того, эти наблюдения дают важные ограничения на глобальную геометрию центра нашей галактики, а также на прошлую вспышечную активность Стрельца А*, ключевые открытые вопросы в современной астрофизике».
Когда дело доходит до того, как рождаются новые звезды, остается много вопросов без ответов. Хотя мы знаем, что турбулентность в ГМО может препятствовать звездообразованию, точный механизм неизвестен. Астрономы также не уверены, как факторы окружающей среды влияют на звездообразование. Есть много других, и на некоторые из них можно ответить, наблюдая за тем, как GMC работают в экстремальных условиях.
Много вопросов вызывает и рентгеновская вспышка Sgr A*. Астрономы не уверены, как такие факторы, как события магнитного пересоединения вблизи черной дыры и горячие точки в аккреционном потоке, влияют на рентгеновские вспышки. Они также не уверены, почему рентгеновские вспышки происходят через случайные промежутки времени. Это лишь один пример оставшихся без ответа вопросов, на которые можно было бы ответить, изучая ГМС в галактическом центре.
Если все крупные галактики содержат сверхмассивные черные дыры, что становится все более вероятным, то все крупные галактики имеют CMZ, которые представляют собой экстремальные условия. КМЗ и сверхмассивные черные дыры — это сердце галактик, и астрофизики стремятся понять, какие процессы там происходят и могут ли там образовываться звезды.
«Мы можем изучать процессы в центральной молекулярной зоне Млечного Пути (ЦМЗ) и использовать наши результаты, чтобы узнать больше о других экстремальных средах. Хотя многие далекие галактики имеют схожую среду, они слишком далеки, чтобы их можно было детально изучить. Узнавая больше о нашей собственной галактике, мы также узнаем об этих далеких галактиках, которые невозможно рассмотреть с помощью современных телескопов», — говорит Альбослани.
Альбослани представляет свои выводы в этом видео с AAS 245. Ее презентация начинается в 32:40.
