Схема, показывающая, как рентгеновские лучи из нашей сверхмассивной черной дыры Sgr A* распространяются наружу, взаимодействуют с молекулярными облаками, повторно излучают свет от них, а затем достигают Земли. Рентгеновские лучи освещают участки молекулярного облака с течением времени. Объединив десятилетия наблюдений, астрономы смогут использовать эти рентгеновские эхо-сигналы для создания трехмерных карт молекулярных облаков, определения истории прошлых вспышек Стрельца А* и лучшего понимания общей геометрии центра нашей галактики. Фото предоставлено: С. Брункер/UConn
Исследователи из Университета Коннектикута создали первые 3D-карты звездообразующих газовых облаков в одной из самых экстремальных сред нашей галактики и изучили предыдущие вспышки в сверхмассивной черной дыре нашей галактики Стрелец А* (Sgr A*). .
Центр Млечного Пути представляет собой экстремальную среду, где температура, плотность и турбулентность газа примерно в десять раз выше, чем в остальной части галактики. В этой центральной области входящий газ иногда может попасть в сверхмассивную черную дыру в центре.
Когда Стрелец А* питается этим материалом, он излучает рентгеновские лучи, которые распространяются во всех направлениях. Эти вспышки взаимодействуют с молекулярными облаками — облаками газа, в которых формируются звезды — в центре нашей галактики посредством процесса флуоресценции. Распространяясь, рентгеновский свет со временем освещает кусочки молекулярных облаков, подобно рентгеновскому сканированию.
Исследователь физики из Университета Коннектикута Даня Альбослани '24 (CLAS) и постдокторант Саманта Брункер из Лаборатории Млечного Пути под руководством доцента физики Кары Баттерсби разработали новый метод рентгеновской томографии для создания трехмерных карт двух галактических молекулярных центров. называются облаками, называются облаками «Камень» и «Штеккер». Эти карты являются первыми изображениями молекулярных облаков в центре галактики в трех пространственных измерениях.
Альбослани рассказала об этом исследовании в своем докладе «Рентгеновское эхо Стрельца А* раскрывает трехмерную структуру молекулярных облаков в Галактическом центре» на 245-м заседании Американского астрономического общества (ААС) в Нэшнл-Харборе, штат Мэриленд, 14 января. . Две рукописи были отправлены в журналы AAS Journals и доступны на сервере препринтов arXiv.
«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 о тех далеких галактиках, которые невозможно рассмотреть с помощью современных телескопов», — говорит Альбослани.
Альбослани объясняет, что Sgr A* в прошлом переживал периоды интенсивной активности, во время которых он излучал рентгеновские лучи. Когда эти рентгеновские вспышки впервые прибыли на Землю, у нас не было рентгеновских телескопов, но рентгеновский свет взаимодействовал с молекулярными облаками в КМЗ.
«Облако поглощает рентгеновские лучи, исходящие от Стрельца А*, а затем повторно излучает рентгеновские лучи во всех направлениях. Некоторые из этих рентгеновских лучей приближаются к нам, и существует очень специфический энергетический уровень — 6,4 электрон-вольта». «Нейтральная линия железа, которая 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.»
Поскольку центр галактики заполнен большим количеством пыли, видимый свет может быть скрыт, но можно увидеть рентгеновские лучи, испускаемые Стрельцом А* во время интенсивных событий аккреции.
Данные молекулярного газа из субмиллиметровой матрицы на заднем плане в оттенках серого с рентгеновским излучением с 2010 по 2017 год в цветных контурах. В целом наблюдается хорошее морфологическое согласие с поразительно хорошей корреляцией для небольших структур, особенно в 2013, 2015 и 2016 годах. Изображение предоставлено: X-ray: NASA/CXC/UConn/S. Брункер и др.; Радио: АСИАА/САО/СМА
Статья Альбослани посвящена облаку Камня, а статья Брункера исследует облако Палочек. «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.
Откройте для себя новейшие достижения науки, технологий и космоса благодаря более чем 100 000 подписчиков, которые ежедневно получают информацию от Phys.org. Подпишитесь на нашу бесплатную рассылку и получайте ежедневные или еженедельные новости о прорывах, инновациях и важных результатах исследований.
Альбослани и Брункер использовали данные рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» за два десятилетия для создания своих 3D-моделей молекулярных облаков из камня и палочек. Баттерсби объясняет, что, хотя мы обычно видим только два пространственных измерения объектов в космосе, метод рентгеновской томографии позволяет нам измерить третье измерение облака, поскольку мы видим, как рентгеновские лучи освещают отдельные фрагменты облака с течением времени.
«Мы можем использовать временную задержку между освещением для расчета третьего пространственного измерения, поскольку рентгеновские лучи движутся со скоростью света», — объясняет Баттерсби.
Альбослани и Брункер также использовали данные субмиллиметровой решетки и космической обсерватории Гершель для сравнения структур, видимых в рентгеновских эхо-сигналах, со структурами на других длинах волн. Поскольку рентгеновские данные не собираются непрерывно, в субмиллиметровом диапазоне длин волн существуют некоторые структуры, которые невозможно увидеть в рентгеновском свете. Однако они используют эти «недостающие» структуры, чтобы ограничить продолжительность рентгеновской вспышки, освещающей каменное облако.
«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 сможем измерить». наблюдайте за диапазоном длины раструба. Модель, воспроизводившая наблюдения с «недостающими структурами» аналогичного размера, показала, что рентгеновская вспышка не могла длиться намного дольше, чем 4-5 месяцев.
Инновационные подходы, такие как этот метод 3D-моделирования молекулярных облаков, помогают исследователям получить больше информации об условиях, которые приводят к образованию звезд.
«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».
Еще одним интересным аспектом этой работы является то, что она представляет собой новый способ использования архивных данных, говорит Албослани. «Новые инструменты и телескопы, которые появятся на рынке в будущем, предоставят астрономам более высокое разрешение и позволят нам более детально изучать объекты. Однако мы также можем оглянуться назад во времени и исследовать объекты в течение более длительных периодов времени, чтобы получить новую информацию — и в этом вся суть этого проекта».
Информация от: Университетом Коннектикута
