Gigantyczne struktury zbudowane z gorącego gazu, położone powyżej i poniżej dysku galaktycznego, są prawdopodobnie wywołane falami uderzeniowymi, generowanymi przez dawną aktywność w centrum naszej Galaktyki.
Pierwsze badanie całego nieba, wykonane z udziałem teleskopu rentgenowskiego eROSITA znajdującego się na pokładzie obserwatorium Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG), ujawniły obecność wielkiej struktury w kształcie klepsydry w Drodze Mlecznej. Te tak zwane bąble eROSITA wykazują przy tym uderzające podobieństwo do bąbelków Fermiego, wykrytych dziesięć lat temu na jeszcze wyższych energiach. Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem tych cech galaktycznych jest ogromny, dawny zastrzyk energii z centrum naszej Galaktyki, prowadzący do wstrząsów w jej otoczce, zbudowanej z gorącego gazu.
Astronomowie wykryli tę niezwykłą nową cechę na pierwszej mapie przeglądowej całego nieba, stworzonej przez teleskop rentgenowski eROSITA. Cecha ta to ogromna okrągła struktura gorącego gazu, znajdująca się poniżej płaszczyzny Drogi Mlecznej i zajmująca większość południowego nieba. Podobna struktura znaleziona wcześniej na niebie północnym, tak zwana północna ostroga polarna, jest znana od dawna i uważana była dotąd za ślad starej eksplozji supernowej. Obie struktury, północna i południowa, przypominają natomiast razem pojedynczy zestaw bąbli w kształcie klepsydry wyłaniającej się z samego centrum naszej Galaktyki.
Dzięki swojej czułości oraz wysokiej rozdzielczości widmowej i kątowej eROSITA była w stanie odwzorować całe rentgenowskie niebo z dużą precyzją, ujawniając jednoznacznie istnienie tej bańki południowej – wyjaśnia Michael Freyberg, naukowiec pracujący nad misją eROSITA w niemieckim Instytucie Maxa Plancka (MPE). eROSITA skanuje całe niebo co sześć miesięcy, a zbierane wówczas dane pozwalają naukowcom wyszukiwać słabo widoczne struktury, pokrywające znaczną część całego nieba.
Wielkoskalowa emisja promieniowania rentgenowskiego, obserwowana przez misję eROSITA w średnim paśmie energetycznym (0,6-1,0 keV), dowodzi, że rozmiar wewnętrzny znalezionych pęcherzyków wynosi aż kilka kiloparseków (około 50 000 lat świetlnych). To prawie tak dużo, jak wielkość całej Drogi Mlecznej. Bąbelki eROSITA wykazują też uderzające podobieństwo morfologiczne do dobrze znanych bąbelków Fermiego, wykrytych na falach gamma przez teleskop Fermiego, ale są one większe i bardziej energetyczne.
Wyraźne granice tych bąbelków są najprawdopodobniej śladami wstrząsów wywołanych przez potężny zastrzyk energii, pochodzący z wewnętrznej części naszej Galaktyki, w galaktyczne halo. Już wcześniej sugerowano takie wyjaśnienie obecności pęcherzyków Fermiego, ale teraz, dzięki teleskopowi eROSITA, zasięg i morfologia tych struktur stały się oczywiste.
Na zdjęciu: Bąbel eROSITA. Na mapie w sztucznych barwach zaznaczona jest rozszerzona emisja przy energiach 0,6-1,0 keV. Udział źródeł punktowych został usunięty, a skalowanie struktur dostosowane jest tak, aby uwydatnić wielkoskalowe struktury położone w naszej Galaktyce.
Źródło: MPE/IKI
Odkrycie to pomoże astronomom zrozumieć kosmiczny cykl przepływu materii w Drodze Mlecznej i wokół niej, ale także w innych galaktykach. Większość zwykłej (barionowej) materii we Wszechświecie jest niewidoczna dla naszych oczu, a wszystkie gwiazdy i galaktyki, które obserwujemy za pomocą teleskopów optycznych, stanowią mniej niż 10% całkowitej masy całej materii w kosmosie. Szacuje się, że ogromne ilości niezauważalnej dla nas materii barionowej powinny znajdować się w cienkich otoczkach, które niczym gigantyczne kokony spowijają galaktyki i włókna materii, leżące między nimi w kosmicznej sieci. Te halo materii są bardzo gorące – mają temperatury rzędu milionów stopni, a zatem są widoczne tylko przez teleskopy wrażliwe na ekstremalne promieniowanie wysokoenergetyczne.
Bąbelki zaobserwowane teraz przez teleskop eROSITA w omawianej otoczce, kokonie gorącego gazu wokół Drogi Mlecznej, spowodowane są albo przez wybuch procesów gwiazdotwórczych, albo przez eksplozję supermasywnej czarnej dziury obecnej w centrum naszej Galaktyki. Choć na tę chwilę jest ona uśpiona, galaktyczna czarna dziura Drogi Mlecznej mogła być aktywna w przeszłości, tak jak wiele aktywnych jąder galaktycznych (AGN) z szybko rosnącymi czarnymi dziurami, widocznych w odległych galaktykach. W każdym przypadku energia potrzebna do wytworzenia tych wielkich pęcherzyków musiała być ogromna, rzędu 10^56 erga, co odpowiada uwolnieniu energii łącznie aż 100 000 supernowych.
Ślady pozostawione w Galaktyce przez takie wybuchy goją się bardzo długo w jej otoczce halo – dodaje Andrea Merloni, główny badacz misji eROSITA. Naukowcy szukali tego rodzaju gigantycznych pozostałości przeszłej, dosyć drastycznej aktywności wokół wielu galaktyk w przeszłości. Ale bąbel eROSITA zapewnia teraz silne wsparcie dla hipotezy interakcji zachodzących na tak dużą skalę, między jądrem Galaktyki a halo obecnym wokół niego. To interakcje dość silne, by zakłócić strukturę, bilans energii i chemiczne wzbogacanie okołogalaktycznego ośrodka Drogi Mlecznej.
EROSITA kończy obecnie drugie skanowanie całego nieba, podwajając przy tym liczbę fotonów promieniowania rentgenowskiego, pochodzących z odkrytych wcześniej bąbelków – podkreśla Rashid Sunyaev, naukowiec w Obserwatorium SRG w Rosji. Przed nami olbrzymia praca, bowiem dane eROSITA umożliwiają wyodrębnienie wielu rentgenowskich linii widmowych emitowanych przez wysoko zjonizowany gaz. Oznacza to, że możemy teraz zbadać obfitość pierwiastków chemicznych, stopień ich jonizacji, oraz gęstość i temperaturę gazu emitującego te linie w pęcherzykach, a także określić lokalizacje fal uderzeniowych i oszacować charakterystyczne skale czasowe tych zjawisk.
Na ilustracji: Schematyczny widok bąbli eROSITA (kolor żółty) i Fermiego (fioletowy). Dysk galaktyczny jest „oznaczony” ramionami spiralnymi. Źródło: PE/IKI.
Teleskop rentgenowski eROSITA został wystrzelony w kosmos na pokładzie misji Spektr-RG, 13 lipca 2019 roku. Jego duży obszar zbierania danych i szerokie pole widzenia są celowo dostosowane do specjalnych wymagań głębokich przeglądów całego nieba na falach rentgenowskich. W ciągu sześciu miesięcy (grudzień 2019 – czerwiec 2020) SRG/eROSITA wykonał pierwszy przegląd nieba przy energiach 0,2-8 keV, a zatem znacznie „głębszych” niż jedyne, istniejące już przedtem, badanie całego nieba teleskopem rentgenowskim, wykonane przez satelitę ROSAT w 1990 roku (energie 0,1-2,4 keV).
Czytaj więcej:
Źródło: mpe.mpg.de
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Mapa całego nieba z przeglądu SRG/eROSITA, przedstawiona jako obraz w sztucznie dopasowanych kolorach (czerwony dla energii 0,3-0,6 keV, zielony dla 0,6-1,0 keV, niebieski dla 1,0-2,3 keV). Oryginalny obraz o rozdzielczości około 12” został wygładzony w celu wygenerowania tej uwydatnionej mapy. Źródło: MPE/IKI.
