Центр нашей Галактики Млечный Путь — уникальная область неба, где сосредоточены самые разнообразные звездные и газовые структуры. Их изучение помогает лучше понять эволюцию нашего «звездного острова».
Центральный звездный диск (ЦЗД, по-английски Nuclear Stellar Disk или NSD) — вытянутая вдоль плоскости Галактики структура, расположенная вблизи Галактического центра. Его протяженность достигает сотен парсек, а толщина — лишь несколько десятков. Считается, что этот диск образовался миллиарды лет назад и содержит в основном старое звездное население. Хотя плотность объектов в центральной части Галактики велика, но изучать ее в видимом диапазоне сложно из-за большого количества газа и пыли на луче зрения. Поэтому до сих пор свойства ЦЗД были известны главным образом по наблюдениям в инфракрасном диапазоне, где свет звезд частично проходит сквозь облака межзвездной пыли. Но можно зайти и с другой стороны спектра — рентгеновское излучение с энергиями более нескольких килоэлектронвольт также способно пробиваться сквозь пыль и газ и потому дает редкую возможность увидеть процессы, протекающие в самом центре Галактики.
Рентгеновские космические телескопы активно изучали эту область, но до сих пор в этих наблюдениях собственное рентгеновское излучение ЦЗД не удавалось отделить от излучения других объектов, которые также находятся в центре Галактики.
Впервые выделить собственное рентгеновское излучение ЦЗД на фоне других структурных компонентов Галактики получилось с помощью телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ» благодаря уникальным характеристикам инструмента и широкоугольному равномерному картографированию. Для анализа использовались данные глубокого рентгеновского обзора центральной области Галактики, который был проведен телескопом ART-XC во время перелета обсерватории «Спектр-РГ» в район точки L2 системы Солнце-Земля после запуска в 2019 году.
Достаточно сложной задачей для исследователей стала необходимость «вычесть» из данных наблюдений ART-XC «лишнее» излучение. В центре Галактики много ярких объектов, излучение которых «забивает» сигнал от более слабых структур.
«После тщательного удаления вклада от ярких точечных источников и фоновых помех на карте проявилась протяженная структура, практически совпадающая по форме и размерам с диском, известным по инфракрасным наблюдениям, — рассказывает Валентин Незабудкин, сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН и первый автор исследования, опубликованного в Journal of High Energy Astrophysics. — Ее характерная толщина составляет около 90 парсек, а протяженность вдоль плоскости Галактики — порядка 300 парсек».
Из полученных данных стало понятно, что рентгеновское излучение ЦЗД, скорее всего, является совокупным свечением десятков или даже сотен тысяч слабых источников, которые не видны по отдельности с расстояния в восемь килопарсек — столько отделяет нас от центральных областей Галактики. Подобным же образом ранее была объяснена природа «рентгеновского хребта Галактики» — рентгеновского излучения, простирающегося вдоль всего Млечного Пути.
Ближайшая, хотя и не очень точная, аналогия в оптическом диапазоне — излучение самого Млечного Пути, который ночью кажется светлой полоской на небе, хотя каждую звезду по отдельности разглядеть человеческий глаз не способен.
Источником излучения ЦЗД, однако, являются не обычные звезды, или, говоря точнее, не только они.
«Основными кандидатами на роль таких слабых источников являются катаклизмические переменные — двойные системы, в которых вещество звезды-компаньона перетекает на белый карлик и нагревается до миллионов градусов, — поясняет Роман Кривонос, канд. физ.-мат. наук, руководитель работы, старший научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН. — Их коллективное излучение может сформировать рентгеновский фон, близко повторяющий распределение звездной массы».
Анализ данных телескопа ART-XC показал, что рентгеновская карта центра Галактики хорошо согласуется с моделями распределения звездной массы, измеренными по данным инфракрасных обзоров. Кроме того, ученым удалось впервые построить трехмерную модель распределения рентгеновского излучения и измерить суммарную светимость ЦЗД — около 6x1036 эрг/с.
Удивительным при этом стал факт, что удельная рентгеновская светимость центрального звездного диска, то есть количество излучения, приходящееся на единицу звездной массы, оказалась примерно в три раза выше, чем у «хребта Галактики», т.е. в среднем по Млечному Пути. Данный эффект наблюдался ранее телескопом XMM-Newton (ESA) в линии излучения ионизованного железа 6.7 кэВ и теперь подтверждается данными ART-XC в широком диапазоне энергий 4–12 кэВ.
«Это может говорить о том, что рентгеновские источники в ЦЗД в среднем не совсем такие, как в остальном объеме Галактики, — говорит Сергей Сазонов, профессор РАН, заведующий лабораторией отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН. — Например, что в этой области по какой-то причине чаще встречаются тесные двойные звездные системы, в которых происходит аккреция вещества на белый карлик. В чем состоит конкретная причина, еще предстоит выяснить».
«Полученные данные помогают точнее определить вклад различных компонентов в рентгеновское излучение центральной области Галактики и отличить свечение слабых звездных систем от излучения горячей плазмы, заполняющей межзвездное пространство, — говорит Александр Лутовинов, член-корреспондент РАН, заместитель директора ИКИ РАН, научный руководитель телескопа ART-XC им. М. Н. Павлинского. — Это важно как для понимания эволюции компактных объектов в ядре Млечного Пути, так и для построения моделей его структуры».
Александр Лутовинов подчеркивает, что в этой работе, приведшей к столь замечательному открытию, была использована только небольшая часть данных телескопа ART-XC, полученная еще во время калибровочных наблюдений. В 2022–2023 гг. область Галактического центра активно изучалась российским инструментом во время глубокого обзора Галактической плоскости. Ученые сейчас анализируют новые данные, а значит, впереди еще много новых открытий.
Информация предоставлена пресс-службой ИКИ РАН
Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)
