Центр нашей галактики — очень богатый событиями регион. В нём предположительно находятся сверхмассивная чёрная дыра, остатки сверхновых, области активного звездообразования, плотные облака молекулярного газа и ингредиенты для экзотических событий. Таких, как вспышки излучения, источник и природа которого до сих пор не выяснены.
Одно из таких необычных явлений было открыто в 2010 году. При помощи космической гамма-обсерватории Fermi астрономы наблюдали два гигантских образования в форме пузырей, заполненных горячим газом, с чёткими границами. Эти пузыри простираются выше и ниже плоскости галактики более чем на 25 000 световых лет (суммарно это почти половина диаметра нашей галактики, не считая гало тёмной материи). Происхождение и природа этих образований, которые и получили название «пузыри Ферми», до сих пор остаются загадкой.
Из-за ориентации пузырей Ферми и их расположения возле галактического центра некоторые учёные выдвинули гипотезы о взаимосвязи со сверхмассивной чёрной дырой, которая находится в центре Млечного Пути. Возможно, миллионы лет назад чёрная дыра поглотила какой-то объект, а находящемуся на границе аккреционного диска материалу удалось вырваться из оков горизонта событий. Этот материал вылетел из центра галактики на струях частиц, разогнанных до околосветовой скорости. Оторвавшись от гравитационного влияния чёрной дыры, частицы рассеялись в пространстве и сохранили энергетическое состояние до сегодняшнего дня. По другой версии, в результате поглощения звезды чёрной дырой, высвободилось огромное количество гамма-излучения, что и привело к образованию пузырей.
В альтернативном сценарии происхождение этих образований не имело отношения к чёрной дыре. Согласно ему, множество звёзд — десятки или сотни — одновременно стали сверхновыми, выбрасывая газовые струи за пределы галактики, но такое событие считается маловероятным.
Пузыри Ферми неразличимы в видимом спектре, их изучали в основном в гамма-диапазоне (у каждой структуры также имеются тонкие серпы рентгеновского излучения). При детальном анализе данных оказалось, что внизу нижнего пузыря имеется регион, где мощность гамма-излучения в два раза выше, чем в остальной части. Эту область учёные назвали «кокон», о его природе нет никаких догадок.
Астрофизики считают, что гамма-излучение может создаваться частицами высоких энергий. В основном это электроны, но среди источников гамма-излучения могут быть и другие частицы. Ядра атомов водорода, например, могут сталкиваться друг с другом и производить пионы — короткоживущие экзотические частицы, которые быстро распадаются на гамма-лучи. По другой версии, поток высокоэнергичных электронов взаимодействует с излучением вездесущего космического микроволнового фона, «переводя» фотоны в гамма-режим. Согласно третьей версии, на внешних областях пузырей ударные волны используют магнитное поле, чтобы разогнать до высоких скоростей «местные» частицы, которые затем испускают гамма-лучи.
Иногда космические лучи взаимодействуют друг с другом и порождают нейтрино. В первой половине 2019 года в нейтринной обсерватории IceCube, которая расположена в Антарктиде, было зарегистрировано 10 нейтрино, исходящих приблизительно из области, где расположены пузыри Ферми (нейтрино — почти безмассовая частица, которая слабо взаимодействует с материей). Некоторые астрофизики предположили, что внутри пузырей происходят взаимодействия на субатомном уровне. Это сделало пузыри Ферми ещё более загадочными.
Хотя из-за особенностей строения своих детекторов IceCube не способен определить точное место происхождения нейтрино, пока что все 10 сигналов, которые идут из района расположения пузырей Ферми, были зарегистрированы только там. Действительно ли нейтрино произошли в пузырях или на самом деле пришли из отдалённой части Вселенной, а направление оказалось совпадением? Пока что это остаётся загадкой.
К имеющимся скудным данным о пузырях Ферми астрофизики рассчитывают добавить результаты с массива черенковских гамма-телескопов (Cherenkov Telescope Array, CTA) и объединить эту информацию с моделями происхождения образований. CTA — это международный проект строительства более сотни гамма-телескопов, которые будут расположены в обоих полушариях Земли (в Испании и Чили). Ожидается, что их суммарная чувствительность будет от пяти до двадцати раз выше, чем у современных аналогов.
Пузыри Ферми долгое время считались уникальными, поскольку наблюдались только у Млечного Пути. Но в 2016 году учёные обнаружили похожие структуры у галактики Андромеды. Пока что астрофизикам не удалось найти такой сценарий или их комбинацию, чтобы все имеющиеся догадки сложились в одну гипотезу. Вопросы о механизме происхождения гамма-излучения, источнике нейтрино и образовании самих пузырей Ферми до сих пор остаются открытыми.
Источник: space.com
arxiv.org
Перевод: Black Sahara