Naukowcy zidentyfikowali gęste skupiska zimnego gazu ukryte w rozległych, niezwykle gorących obłokach, znanych jako bańki Fermiego, zlokalizowanych w jądrze Drogi Mlecznej.
Odkrycie to przeczy istniejącym teoriom dotyczącym powstawania baniek Fermiego i sugeruje, że są one znacznie młodsze, niż wcześniej sądzono.
Bąble Fermiego to ogromne struktury gorącego gazu, rozciągające się nad i pod dyskiem Drogi Mlecznej, sięgające około 25 000 lat świetlnych w każdym kierunku od centrum galaktyki, o łącznej wysokości 50 000 lat świetlnych. Są one stosunkowo niedawnym odkryciem – po raz pierwszy zostały zidentyfikowane przez teleskopy wykrywające promieniowanie gamma w 2010 roku.
Aby dokładniej zbadać bańki Fermiego, naukowcy wykorzystali Teleskop Green Bank. Ten radioteleskop umożliwił im zebranie danych o wysokiej rozdzielczości, zarówno dotyczących składu gazu wewnątrz baniek, jak i jego prędkości. Te obserwacje były dwukrotnie bardziej czułe niż wcześniejsze badania, co pozwoliło naukowcom odkryć znacznie drobniejsze szczegóły wewnątrz gigantycznych struktur.
Mroźna niespodzianka
Zgodnie z oczekiwaniami, większość gazu wewnątrz bąbli Fermiego ma temperaturę około miliona kelwinów. Zespół badawczy odkrył jednak również coś zaskakującego: gęste obłoki neutralnego wodoru, z których każdy ma masę kilku tysięcy mas Słońca, rozsiane w bąblach 12 000 lat świetlnych nad centrum Drogi Mlecznej.
Te obłoki neutralnego wodoru są zimne w porównaniu z resztą bąbla Fermiego. Ich temperatura wynosi około 10 000 kelwinów, czyli są chłodniejsze od otoczenia co najmniej o czynnik 100. Znalezienie tych obłoków w bąblu Fermiego jest jak znalezienie kostek lodu w wulkanie.
Komputerowe modele oddziaływania chłodnego gazu z gorącym gazem wypływającym w ekstremalnych środowiskach, takich jak bąble Fermiego, pokazują, że chłodne chmury powinny ulec szybkiemu zniszczeniu, zazwyczaj w ciągu kilku milionów lat, co jest zgodne z niezależnymi szacunkami wieku bąbli Fermiego. Obecność tych chmur byłaby w ogóle niemożliwa, gdyby bąble Fermiego miały 10 milionów lat lub więcej.
Zimne obłoki gazu wewnątrz Bąbli Fermiego. Źródło: NSF/AUI/NSF NRAO/P.Vosteen
Synergia z obserwacjami HST
To odkrycie jest jeszcze bardziej niezwykłe dzięki jego synergii z obserwacjami w ultrafiolecie z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a (HST). Obserwowane chmury leżą wzdłuż linii widzenia wcześniej obserwowanej przez HST, który wykrył silnie zjonizowany gaz o temperaturach od miliona do 100 000 kelwinów – czyli takich, jakich można by się spodziewać w przypadku parowania zimnego gazu.
Zespół naukowców był również w stanie obliczyć prędkość, z jaką poruszają się te chmury gazów, co dodatkowo potwierdziło wiek badanych struktur. Stwierdzili, że chmury te poruszają się z prędkością ponad 1,6 miliona kilometrów na godzinę, co również oznacza, że bąble Fermiego są młodym zjawiskiem – nie było ich, gdy dinozaury przemierzały Ziemię, a w kosmicznej skali czasu milion lat to mgnienie oka.
Uważamy, że te zimne chmury zostały porwane z centrum Drogi Mlecznej i uniesione w górę przez bardzo gorący wiatr, który uformował bańki Fermiego – mówi Jay Lockman, astronom z Obserwatorium Green Bank i współautor artykułu. Tak jak nie można zobaczyć ruchu wiatru na Ziemi, jeśli nie ma chmur, które mogłyby go śledzić, tak nie możemy zobaczyć gorącego wiatru z Drogi Mlecznej, ale możemy wykryć emisję radiową z zimnych chmur, które on ze sobą niesie.
To odkrycie podważa obecną wiedzę o tym, jak zimne chmury mogą przetrwać w ekstremalnie energetycznym środowisku centrum Galaktyki, nakładając silne ograniczenia empiryczne na interakcje wypływów z otoczeniem. Odkrycia te stanowią kluczowy punkt odniesienia dla symulacji galaktycznego sprzężenia zwrotnego i ewolucji, zmieniając nasze spojrzenie na to, jak energia i materia krążą w galaktykach.
Więcej informacji w publikacji A New High-latitude H i Cloud Complex Entrained in the Northern Fermi Bubble autorstwa Rongmon Bordoloi i in., 2025, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/addd16
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Bąble Fermiego. Źródło: NASA Scientific Visualization Studio.
