Пузыри Ферми: что известно о загадочных выбросах энергии из центра галактики

В глубине Млечного Пути астрономы обнаружили необычные структуры. Они растянулись на десятки тысяч световых лет и могут быть связаны с одним из самых мощных событий в истории нашей галактики. «Рамблер» расскажет, что известно о пузырях Ферми.

Как нашли пузыри Ферми?

Пузыри Ферми обнаружили в 2010 году при анализе данных космического гамма-телескопа Fermi. Этот телескоп NASA был запущен в 2008 году для наблюдения за гамма-излучением — самым высокоэнергетическим диапазоном электромагнитного спектра. Именно в нем ученые заметили две огромные структуры, симметрично расположенные над и под центром Млечного Пути.

Открытие описали исследователи Мэн Су, Трейси Слэтьер и Дуглас Финкбайнер. В их работе структуры названы гигантскими гамма-пузырями, которые могут быть связаны либо с прошлой активностью центральной черной дыры, либо с мощным галактическим ветром.

Каждый пузырь простирается примерно на 25 тысяч световых лет от плоскости Галактики. Вместе они образуют гигантскую двойную структуру, выходящую из области галактического центра. Для сравнения: диаметр Млечного Пути оценивается примерно в 100 тысяч световых лет, то есть пузыри занимают огромную часть галактического масштаба.

Как они выглядят?

В видимом свете пузыри Ферми не видны. Если смотреть на небо глазами, над центром Млечного Пути не будет двух светящихся шаров. Их удалось обнаружить только после обработки гамма-карты неба, где крупная структура стала заметной после исключения излучения от других источников.

С чем может столкнуться наша Галактика: научный обзор будущего Млечного Пути

На таких картах пузыри выглядят как две почти симметричные области, вытянутые вверх и вниз от галактического диска. У них сравнительно четкие края и довольно ровное гамма-излучение внутри. Это выделяет их среди других космических тел: настолько крупные структуры редко имеют такую правильную форму и такую выраженную границу.

Позже похожие крупномасштабные структуры нашли и в рентгеновском диапазоне. В 2020 году космический телескоп eROSITA обнаружил огромные области горячего газа, которые тоже выходят вверх и вниз от центра Млечного Пути и по форме напоминают пузыри Ферми. Существование похожих структур сразу в нескольких диапазонах дало ученым повод предположить, что пузыри связаны не с одним типом излучения, а с крупномасштабными процессами в центре галактики.

Откуда они могли появиться?

Главная версия связывает пузыри Ферми с областью вокруг Sagittarius A* — сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Сейчас она сравнительно спокойна: по меркам активных галактических ядер она поглощает мало вещества. Но пузыри Ферми могут быть следом периода, когда центр нашей галактики был гораздо активнее.

Если в прошлом к черной дыре падало много газа, часть энергии могла быть выброшена наружу в виде мощных потоков частиц и плазмы. В других галактиках такие процессы хорошо известны: активные ядра способны создавать гигантские выбросы, влияющие на газ и звездообразование вокруг. NASA также подчеркивает, что пузыри Ферми могли возникнуть в результате прошлой вспышки активности черной дыры или другого мощного источника в галактическом центре.

Есть и другая гипотеза. Пузыри могли появиться не из-за самой черной дыры, а из-за периода интенсивного звездообразования в центре Млечного Пути. Если там одновременно рождалось много массивных звезд, они быстро заканчивали жизнь взрывами сверхновых. Множество таких взрывов могло создать галактический ветер — поток горячего газа и заряженных частиц, который вытолкнул вещество из центра Галактики вверх и вниз от ее диска.

Почему пузыри Ферми светятся в гамма-диапазоне?

Гамма-излучение означает, что внутри пузырей есть частицы с очень высокой энергией. Но ученые до сих пор спорят, какие именно частицы создают основной сигнал.

По одной версии, главную роль играют быстрые электроны. Они сталкиваются с фотонами света — например, с излучением звезд или микроволновым фоном — и передают им часть своей энергии. В результате обычные фотоны становятся гамма-квантами. По другой версии, важнее протоны: они сталкиваются с разреженным газом, после чего рождаются вторичные частицы, распад которых тоже дает гамма-излучение. Пока наблюдения не позволяют окончательно выбрать одну из версий.

Ранее мы писали, что случится, если столкнутся два галактических ядра.