ПРИХОВАТИ

Що відбувається у центрі нашої Галактики?

Дослідники з різних університетів продовжують спостерігати за ядром нашої Галактики. Нещодавно вони почали фіксувати у ньому зміни. Незвична активність може вказувати на те, що «спокійний» період його існування, який ми спостерігали останні 20 років, незабаром може закінчитися.

Не лише чорна діра

Зазвичай, коли у масовій культурі говорять про центр нашої Галактики, то згадують переважно лише один з об’єктів, які там знаходяться – Стрілець А*. Звісно, надмасивна чорна діра масою у 4,3 мільйона сонячних вражає нашу уяву, але це далеко не єдиний цікавий об’єкт, який знаходиться у центрі нашої Галактики.

Стрілець А* зображують як спокійний об’єкт, газ навколо якого рухається лише у відносно неширокому акреційному диску. Насправді ж, центр нашої Галактики являє собою складний комплекс зірок, чорних дір та газопилових хмар, які знаходяться у постійному русі. 

Центр галактики у пулюївських (рентгенівських) променях. Джерело: NuSTAR NASA

Крім акреційного диска шириною менше як 50 астрономічних одиниць, Стрілець А*  оточує газопилова хмара діаметром 50 парсек, у якій відбуваються досі недосліджені процеси. Розмір хмари вказує на те, що вона приблизно у 300 000 разів більша за диск. Там також присутня тонка кільцеподібна структура з молекулярного водню радіусом 150 парсек, нахилена відносно площини Галактики на 10 градусів. Остання розширюється зі швидкістю 140 км/с і, при цьому, обертається з шаленою швидкістю – 50 км за секунду. Попри відносно невеликий розмір, маса кільця складає 100 тисяч мас Сонця.

Навколо цієї структури є ще одна тороїдальна хмара радіусом 700 парсек. Її маса значно більше – близько 100 мільйонів мас Сонця. Саме ця, достатньо неоднорідна структура відповідальна за те, що ми не можемо напряму спостерігати центральні області нашої галактичної системи. Крім того всередині цих кільцевих структур знаходяться й інші. Наприклад, у 120 парсеках або 400 світлових роках знаходиться величезна газопилова хмара Стрілець В2. Вона має масу біля 3 мільйонів мас Сонця і є однією з найбільших областей зореутворення у Галактиці.

Хмари, зорі, чорні діри

Також безпосередньо біля центру Галактики знаходиться пара газопилових хмар G1 та G2 з достатньо витягнутою орбітою. Особливо цікавою є хмара G2, що у 2014 році підходила до Стрільця А* на відстань біля 3000 радіусів чорної діри, тобто – дуже близько. Однак її руйнації не відбулося, що змусило вчених зробити декілька припущень щодо того, чим же вона є насправді. Найбільш вірогідним з них нині видається припущення, висловлене у 2014 році, що насправді G2 є не газопиловою хмарою, а парою велетенських зірок, що перебувають на стадії злиття у одну величезну квазізорю.

Траєкторія руху об’єкта G2 відносно надмасивної чорної діри. Джерело: ESO/A. Eckart

Також безпосередньо в околицях надмасивної чорної діри обертаються кілька яскравих гігантів та супергігантів, які підходять до неї достатньо близько, викликаючи у навколишньому просторі збудження, які проявляють себе у вигляді зміни активності в акреційному диску.

Крім того, дослідники підозрюють про існування ще принаймні трьох чорних дір проміжної маси у десятки і сотні тисяч сонячних неподалік основної чорної діри. Кожна з них оточена власною системою газопилових хмар. Нарешті, у безпосередній близькості від надмасивної чорної діри розташований цілий рій чорних дір зоряної маси. Усе це різноманіття об’єктів постійно рухається один відносно одного і центром цього руху є надмасивна чорна діра Стрілець А*. Схоже на те, що ми  в даний момент спостерігаємо не якусь сталу картинку, а лише короткий епізод складного зоряного танцю, який триває десятки і сотні мільйонів років.

Випадок у травні 2019 року

У серпні 2019 року група вчених опублікувала одразу дві статті, присвячені аналізу активності Стрільця А*. У першій вчені публікують аналіз динаміки активності Стрільця А з початку 21 століття. У ній вони зазначають, що активність центру нашої Галактики підпорядковується певним закономірностям. А в другій ті самі автори стверджують, що 13 травня 2019 року поруч із чорною дірою відбувалось щось, що у ці закономірності не вкладається. Інтенсивність випромінювання у цей період виросла, у порівнянні з середньою, у 75 разів. З чим саме це пов’язано однозначно науковці сказати не можуть. Однак в них є ряд припущень щодо того, що могло викликати такі зміни.

Надмасивна чорна діра у центрі Чумацького Шляху раптом зголодніла?

Першою підозрюваною виявилася зірка SO-2. Це одна із тих зірок, що обертаються навколо Стрільця А* у безпосередній близькості і з величезними швидкостями.  Влітку 2018 року ця зоря саме підходила до чорної діри на мінімальну відстань у 17 світлових годин. Це відстань приблизно втричі більша за відстань від Сонця до Плутона і в масштабах впливу надмасивної чорної діри вона є не такою й великою. Тож, один із дослідників, Туан До припустив, що травневий спалах поблизу чорної діри міг бути викликаний потраплянням великої порції газу у її акреційний диск. Цей газ міг бути скинутий SO-2 і тільки зараз дістатися тих регіонів, де гравітація Стрільця А* заставляє речовину обертатися зі скаженою швидкістю.

Художня візуалізація активної надмасивної чорної діри, що перетворилася у квазар (квазі-зоряне радіоджерело).

Іншою можливою причиною підвищення активності поблизу чорної діри могла бути вже згадана квазізоря-хмара G2. Під час свого останнього наближення до Стрільця А* цей об’єкт не демонстрував очікуваної видимої активності, пов’язаної із втратою газової складової. Тож, вчені припустили, що зірваний тоді гравітацією надмасивної чорної діри газ тільки зараз дістався акреційного диска, що і викликало спалах активності. Ще однією можливістю може бути падіння на чорну діру великої кількості масивних астероїдів, які при наближенні до об’єкта були розірвані на частини.

Велетенські радіохмари

Так чи інакше, але стає зрозуміло, що такий спокій нашої надмасивної чорної діри, який відзначався останніми роками у порівнянні зі спостереженнями ядер інших галактик – явище непостійне. І подібні до травневого стрибки активності для неї не рідкість. Також цілком можливо, що в недалекому минулому активність ядра Галактики була значно більшою і тривали ці періоди значно довше.

РАДІОТЕЛЕСКОП MeerKAT. Джерело: SQUARE KILOMETRE ARRAY

Принаймні, на таку думку може навести відкриття, що сталося у вересні 2019 року. Дослідники спостерігали центр Галактики за допомогою південноафриканського масиву радіотелескопів MeerKAT, який почав спостереження лише минулого року. Працюючи на частоті 1,284 МГц, дослідники виявили дві великі хмари, що за своєю формою нагадували повітряні кулі і розташовувалися безпосередньо над та під центром Галактики. Розміри хмар складали приблизно 430х140 парсек.

Дослідників вразив той факт, що хмари виявилися джерелом нетеплового (синхротронного) випромінення. Це дозволило припустити, що виникли вони внаслідок певної події, що сталася поблизу центру Галактики приблизно 7 мільйонів років тому. Цю подію можна пов’язати з утворенням скупчення зірок на відстані приблизно 0,5 парсека від чорної діри, яке відбулося приблизно 6 мільйонів років тому. Саме до цих зірок відноситься вже згадана SO-2.

Унікальний знімок центру Чумацького Шляху у радіо діапазоні електромагнітних хвиль. Площина Галактики з рядом яскравих об’єктів простягається горизонтально, водночас, радіо-бульбашки поширюються під та над площиною. Джерело: SARAO , адаптація публікації Heywood et al. 2019.

Важко сказати, результатом яких подій стало утворення цього скупчення і двох радіохмар, але очевидно, що це був процес, пов’язаний з інтенсивним виділенням енергії. Простіше кажучи, причиною утворення цих структур був велетенський вибух. Також це дослідження відкрило поруч з центром ниткоподібні структури, які випромінюють у радіодіапазоні.

“Спокійне” ядро?

Зрештою, думка, що ядра галактик чітко поділяються на активні та пасивні, і цей розподіл зберігається протягом тривалого часу, може бути результатом того, що ми спостерігаємо їх протягом лише кількох десятиліть. Ядра галактик завжди залишаються достатньо динамічними системами. У них неперервно відбувається зіткнення газопилових хмар, зірок та чорних дір, внаслідок чого утворюються нові дивовижні структури.

Знімок струміню розігрітої матерії, що простягається на відстань 5000 світлових років від центру галактики M87. Джерело: NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Наша Галактика у цьому плані не є виключенням. Просто в даний момент ми спостерігаємо її ядро у період, коли воно не стикається ні з великими масами газу, які можна спостерігати у інших галактиках, ні з великими шаровими скупченнями чи карликовими галактиками. Ми неодноразово спостерігали подібні процеси у інших галактиках і у нас є всі підстави стверджувати, що у минулому подібні події відбувалися і у Чумацькому Шляху. І в той момент випромінювання з центру Галактики могло сягати величин, співмірних із тими, що спостерігаються у галактиках, які ми вважаємо активними.

Питання без відповідей

Ми поки що дуже мало знаємо про процеси, як відбуваються у ядрах Галактик. Це той випадок, коли фундаментальне відкриття, яким було доведено існування надмасивних чорних дір дало більше запитань, ніж відповідей. Бо різноманіття процесів, що відбуваються біля них надзвичайно широке, і наші спостереження надто обмежені для того, щоб будувати якісь всеосяжні теорії.

Однак вже зараз зрозуміло, що простих відповідей там не буде. Занадто вже з багатьох компонентів складається система. Що станеться, коли якась із чорних дір проміжної маси зіллється зі Стрільцем А*? Скільки ще газопилових хмар біля центру нашої Галактики ми не бачимо? Чи була колись активність біля нього достатньо інтенсивною, щоби суттєво впливати на процеси на Землі? Відповіді на ці питання, нам ще доведеться знайти.

The Astrophysical Journal (2019), doi: 10.3847/2041-8213/ab38c3; doi: 10.3847/2041-8213/ab3c68; Nature (2019), doi: 10.1038/s41586-019-1532-5. Nature (2012), doi: 10.1038/nature10652; The Astrophysical Journal Let. (2014), doi: 10.1088/2041-8205/796/1/L8.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Total
104
Shares
104 Shares:
Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *

Перегляньте також
Далі

Це схоже на зіткнення чорної діри та нейтронної зорі – дослідники

Нова ера астрономічних спостережень, яку відкрили детектори гравітаційних хвиль, схоже, принесла чергове відкриття: на думку австралійських та американських…
Далі

Гравітаційні хвилі та 6 питань космології, які вони можуть вирішити

Тепер, коли дослідники LIGO підтвердили реєстрацію гравітаційних хвиль, варто приділити увагу практичним питанням, на які може вплинути сенсаційне…