Рентгеновская карта открыла межзвездный «туннель»

Рентгеновская карта выявила межзвездный «туннель» по соседству с нами

29 октября 2024 года группа исследователей под руководством Института внеземной физики Общества Макса Планка (Max‑Planck Institute for Extraterrestrial Physics) опубликовала подробное рентгеновское исследование, которое по-новому описывает ближайшее галактическое окружение Солнца. Используя данные первого обзора всего неба телескопа SRG/eROSITA, авторы создали трехмерную модель Местного горячего пузыря (Local Hot Bubble, LHB) и выявили узкие коридоры из плазмы с температурой в миллионы градусов и низкой плотностью — в статье они названы «туннелями» — включая заметный канал, направленный в сторону созвездия Центавра. Полученный результат — это не научно-фантастический короткий путь, а более четкий и детальный взгляд на то, как сверхновые и звездные ветры выметали полости и соединяли их на протяжении сотен световых лет.

Картирование Местного горячего пузыря

Местный горячий пузырь — это область разреженного газа, испускающего рентгеновское излучение, которая окружает Солнечную систему. Гипотеза о его существовании была предложена в 1970-х годах для объяснения мягкого рентгеновского свечения, регистрируемого по всему небу: идея заключается в том, что древние взрывы сверхновых и мощные звездные ветры вытеснили и нагрели близлежащую межзвездную среду, создав полость размером от десятков до нескольких сотен парсек. Новое исследование использует чувствительность eROSITA к мягкому рентгеновскому излучению и выгодное положение миссии в точке Лагранжа L2 системы Солнце–Земля для составления пространственно-разрешенной карты меры эмиссии и температуры пузыря. Этот набор данных позволяет команде отделить сигнал горячей плазмы от фоновых помех и построить 3D-модель формы и внутренней структуры пузыря.

Важно отметить, что eROSITA наблюдает небо из-за пределов земной экзосферы и завершила свой первый полный обзор неба в период минимума солнечной активности — в условиях, которые снижают загрязнение сигнала от обмена зарядами с солнечным ветром и облегчают интерпретацию мягкого рентгеновского фона. Именно этот более чистый обзор позволил авторам выявить тонкую структуру внутри LHB, на которую предыдущие обзоры могли лишь намекать.

Когда в статье упоминается «межзвездный туннель», речь не идет о физическом проходе, по которому космические аппараты или сигналы могли бы перемещаться со сверхсветовой скоростью. Вместо этого термин описывает узкую область, где отсутствует более холодное и плотное межзвездное вещество, замещенное более горячей и разреженной плазмой. На рентгеновских картах эти области выглядят как связные каналы с повышенной мерой эмиссии и более высокой температурой. Одна из таких структур совпадает с координатами примерно (l, b) ≈ (315°, 25°) на небе и направлена в сторону Центавра; другая совпадает с ранее известным туннелем в направлении β Большого Пса (β Canis Majoris). Эти каналы лучше всего интерпретировать как «отпечатки» прошлых высокоэнергетических событий — сверхновых, совокупного воздействия звездных ветров от звездных скоплений или выбросов из соседних суперпузырей, — которые пробили дыры в более холодных фазах межзвездной среды.

Как формируются и развиваются эти структуры

Звездная обратная связь формирует межзвездную среду. Когда массивные звезды достигают конца своей жизни, они взрываются как сверхновые, высвобождая огромную кинетическую энергию, которая сгребает окружающий газ в расширяющиеся оболочки и опустошает горячие внутренние области. Если в одном регионе происходит несколько взрывов или если ветры от молодых массивных скоплений действуют сообща, освобожденные объемы могут разрастись в суперпузыри размером в сотни световых лет. Со временем перекрывающиеся пузыри, асимметричные взрывы и градиенты плотности в окружающей среде создают каналы и прорывы, через которые горячий газ находит пути для выхода. Карта eROSITA добавляет новый наблюдательный уровень, показывая, что некоторые из этих путей относительно узки, связны и протяженны.

Поскольку нанесенные на карту туннели заполнены плазмой с температурой порядка 10^6 К, они ярко светятся в мягком рентгеновском диапазоне, но почти невидимы в оптическом; и наоборот, карты пыли и холодного газа, а также данные по линиям поглощения имеют решающее значение для определения того, где горячий газ вытеснил более холодные компоненты. Авторы статьи объединили рентгеновский анализ eROSITA с существующими 3D-картами пыли и каталогами остатков сверхновых и суперпузырей, чтобы поместить обнаруженные структуры в более широкий контекст.

Почему это важно для астрономии и Солнечной системы

Во-первых, эта карта уточняет наши представления о ближайшем галактическом окружении. Знание геометрии и давления LHB влияет на модели переноса космических лучей, проникновение межзвездного газа в гелиосферу и интерпретацию диффузного рентгеновского и ультрафиолетового фона. Во-вторых, открытие соединительных каналов подтверждает давнюю теоретическую картину, согласно которой межзвездная среда — это не однородный туман, а пенистая сеть пузырей, связанных туннелями и «дымоходами», которые переносят горячий газ между различными масштабами. Результаты eROSITA придают этой картине эмпирический вес, разрешая ранее неразличимые структуры и количественно оценивая температурные вариации внутри пузыря.

Наконец, более четкая карта помогает планировать последующие наблюдения. Целевые измерения расстояний — например, по линиям поглощения на фоне звезд или по картам пыли, откалиброванным с помощью параллакса, — позволят определить, находится ли конкретная рентгеновская структура в нескольких десятках парсек от нас или является частью более далекого суперпузыря. Это необходимо, чтобы понять, является ли канал локальным коридором или случайным наложением не связанных между собой удаленных структур. Сами авторы выделяют область Центавра как зону, требующую специального спектрального анализа и анализа расстояний для разделения перекрывающегося излучения.

Отделение заголовков от физики

В популярных публикациях о статье иногда использовались яркие метафоры — «туннель» или даже «межзвездное шоссе», — что провоцировало спекулятивные рассуждения о межзвездных путешествиях или червоточинах. Эти идеи не подтверждаются наблюдениями. Проходимые червоточины остаются гипотетическими теоретическими конструкциями, требующими экзотической физики, доказательств которой на рентгеновских картах нет; туннели eROSITA — это макроскопические тепловые структуры межзвездной среды, созданные обычными астрофизическими процессами. Поэтому ответственная научная журналистика должна четко разграничивать метафорический язык и физику.

Что дальше

Источники

• Astronomy & Astrophysics (Yeung et al., "The SRG/eROSITA diffuse soft X‑ray background — I. The local hot bubble in the western Galactic hemisphere").
• Информационные материалы Института внеземной физики Общества Макса Планка (MPE) по исследованию LHB телескопом eROSITA.
• Документация миссии SRG/eROSITA и публикации по описанию инструментов.