Фонтаны галактики: Динамика газа и пыли

Наблюдая излучающие в рентгеновском диапазоне потоки газа, фонтанами вырывающиеся из плоскости нашей галактики, европейский зонд XMM-Newton собрал данные, подробнее раскрывающие их происхождение. Это похоже на круговорот воды на Земле: газ, истекая из диска галактики наружу, в ее невидимое глазу гало, здесь остывает и снова падает обратно, на диск. Но, в отличие от круговорота воды, это движение во многом определяется взрывами сверхновых.

Вообще, межзвездная среда, заполняющая внутреннее пространство галактик, вовсе не так пусто и безжизненно. Это сложная и динамичная система, включающая и газ, и пыль разных плотностей и температур, и магнитные поля, и все виды электромагнитного излучения, космические лучи и, конечно, невидимую темную материю. Это «пустое пространство», на самом деле – сложное взаимодействие между газопылевыми облаками и потоками разных фаз, плотностей и температур, их движение под влиянием притяжения темной материи – играют важную роль в процессе формирования звезд в галактике. Самые крупные звезды и в течение своей жизни, и в момент гибели во вспышке сверхновой испытывают сильное влияние со стороны межзвездной среды.

Одна из составляющих межзвездной среды – раскаленный до миллионов градусов газ чрезвычайно низкой плотности, который из-за своей высокой температуры заметно излучает в рентгеновском диапазоне. Его наличие впервые было предположено в 1970-х, вскоре после появления рентгеновской астрономии. С тех пор его присутствие не только было доказано, но и была показана его важная роль в динамике межзвездной среды. А для ученых его легко видимые в рентгене течения стали отличным инструментом исследования движения потоков энергии от звезд к межзвездной среде.

Взрывы сверхновых, нагревающие эту среду, могут выбрасывать потоки горячего газа так мощно, что те выстреливают над плоскостью диска галактики, постепенно скапливаясь вовне и формируя гало Млечного Пути. Существование галактического гало было ясно показано в начале 1990-х, в ходе работы орбитального рентгеновского телескопа ROSAT; сходные гало обнаруживаются и у других спиральных галактик. По мере того, как потоки раскаленного газа поднимаются над поверхностью диска галактики и достигают «высоты» в несколько килопарсек, они, испуская излучение, теряют энергию и остывают. Этот охлажденный газ понемногу конденсируется в более плотные облака, которые притягиваются обратно, на «территорию» диска галактики. Внешне все напоминает фонтан, поднимающий быструю струю воды, которая затем опадает вниз. Этот процесс обеспечивает глобальную циркуляцию газа, связывающую основную часть галактики с ее гало, и обмен материей между ними.

К сожалению, наблюдать эти «фонтаны» в самой их интересной части – той, где газ вырывается с поверхности диска галактики и устремляется к гало – пока не удается. Проблема в том, что излучаемый им рентген быстро поглощается материей галактики – ведь наблюдать эти «фонтаны» нам приходится фактически с ребра галактического диска. Однако нам остается видимым излучение, которое он испускает, уже оказавшись в пределах галактического гало. И ученые во главе с Дэвидом Хенли (David Henley), которые провели моделирование этих «галактических фонтанов», пришли к выводу, что эта схема отлично предсказывает параметры рентгеновского излучения газа, фиксируемого в гало.

Ученые рассмотрели и иные сценарии происхождения раскаленного газа в галактическом гало, включая его конденсацию из внегалактической материи; подогрев газа взрывами сверхновых, происходящим уже в пределах гало; наконец, в третьей версии сверхновые порождали те самые «фонтаны» раскаленного газа, о которых мы рассказывали. Именно третья версия согласуется с наблюдаемыми данными наилучшим образом.

Между тем, по некоторым данным, у Млечного Пути может обнаружиться не одно, а сразу два гало. Почему – читайте в заметке «Странности гало».