Российские астрофизики засекли странный сигнал, который искали десятилетиями. Объяснения у науки пока нет

Центр нашей Галактики — совсем не тихое и умиротворенное место, как могло бы показаться. Там находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А*, звёзды натыканы с бешеной плотностью, всё куда-то летит, взрывается и взаимодействует по-всякому.

Одним словом, изучить всё это — та ещё задачка. Мы находимся от этого центра на расстоянии восьми килопарсек (это примерно 25 тысяч световых лет), и всё это скрыто за непроницаемой завесой из газа и пыли. В обычный оптический телескоп там не разглядеть ровным счётом ничего.

Но наши астрофизики из ИКИ РАН впервые кое-что таки разглядели.

Сквозь завесу

Когда парадный вход закрыт, нужно идти через чёрный. В астрофизике таких чёрных ходов два: инфракрасный и рентгеновский диапазоны. Инфракрасный свет от звёзд кое-как просачивается сквозь пыль, позволяя нам хотя бы составить карту их расположения.

Но по-настоящему горячие события, где вещество разогревается до миллионов градусов, можно увидеть только в жёстком рентгене — его фотоны, обладая высокой энергией, прошивают газопылевые облака почти без потерь.

Именно там, в самом сердце Галактики, находится одна из ключевых её структур — Центральный звёздный диск (ЦЗД).

Это такой гигантский блин, населённый в основном старыми звёздами (миллиарды лет), кучей газа, молекулярных облаков и, конечно, самой Сgr A* — сверхмассивной чёрной дырой. Протяжённость его вдоль плоскости Галактики — около 300 парсек, а вот толщина — всего около 90.

Долгое время его свойства были известны лишь по инфракрасным наблюдениям. Увидеть его собственное рентгеновское излучение не получалось.

ART-XC

Суть проблемы простая: центр засорён яркими точечными источниками. Их рентген-сигналы перекрывают слабое, но широкое свечение диска. Ранее инфракрасные обзоры рисовали ЦЗД по звёздной массе, а рентген-телескопы заходили другим путём — либо ловили яркие объекты, либо смотрели узкие поля.

Нужно было сочетание чувствительности, широкого поля и аккуратной обработки данных.

И вот за решение этой проблемы взялись учёные из Института космических исследований (ИКИ) РАН. Их главным инструментом стал телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского, установленный на борту орбитальной обсерватории «Спектр-РГ».

Благодаря его уникальным характеристикам и методике широкоугольного, равномерного сканирования неба удалось собрать дико детальную карту центра Галактики в диапазоне энергий 4–12 килоэлектронвольт (кэВ).

Ну а дальше — научная рутина. Исследователи взяли полученную карту и начали методично вычитать из неё всё лишнее: исключили вклад ярких точечных источников, учли фон и систематику, затем смоделировали оставшееся распределение излучения в двух и трёх измерениях.

Что увидели

После чистки выяснилось вот что: на карте проявилась протяжённая структура, которая по своей форме и размерам практически идеально совпала с ЦЗД, известным по ИК-наблюдениям. Это был успех. Впервые в истории астрофизики смогли выделить собственное, коллективное рентгеновское излучение всего диска.

Но что является его источником? Это не свет обычных звёзд. Когда мы ночью смотрим на полосу Млечного Пути, мы видим общее туманное сияние, а не отдельные звёзды. Здесь тот же принцип, только источники совершенно другие. Учёные уверены, что это совокупное свечение десятков, а то и сотен тысяч слабых источников.

Основными кандидатами на эту роль являются так называемые катаклизмические переменные. Говоря по-простому, это тесные двойные системы, где один из компонентов — плотный и массивный белый карлик — буквально ворует вещество у своей звезды-соседки.

Падающее на него вещество образует диск, который раскаляется до миллионов градусов и начинает мощно излучать в рентгене. Суммарная светимость ЦЗД, которую удалось измерить, составила гигантскую величину — около 6x10³⁶ эрг в секунду.

При этом пространственное распределение рентген-света согласуется с моделями звёздной массы на уровне порядка 30%.

Нужно больше света

Но самое интересное открытие ждало впереди. Когда учёные сравнили полученную рентгеновскую карту с моделями распределения звёздной массы, всё сошлось. А затем они посчитали удельную рентгеновскую светимость — то есть, сколько рентгеновского излучения приходится на одну единицу массы звёзд.

И тут выяснился поразительный факт. Удельная светимость Центрального звёздного диска оказалась почти в три раза выше, чем у «хребта Галактики» — то есть, в среднем по Млечному Пути.

Получается, в самом центре Галактики всё образовывалось как-то иначе, рентгеновские источники там в среднем не такие, как везде. Возможно, по какой-то пока неясной причине, именно в этой области чаще образуются тесные двойные системы с белыми карликами, активно ворующими материю, или они там усиленно работают, или условие отбора и состава популяции другое, или...

В общем, чём именно состоит эта причина — теперь главный вопрос.

Начало истории

Так что все эти данные — не просто ещё одна научная статья, которую положат пылиться на полку.

Открытие наших учёных уточняет энергетический и статистический баланс в центре: сколько энергии дают компактные объекты, сколько — горячая плазма, и как это влияет на среду вокруг Sgr A*.

А ещё теперь астрономы умеют лучше отделять фон от слабого протяжённого излучения, что открывает доступ к новым тестам популяций слабых источников. Всё это позволит более точно строить трёхмерные модели структуры нашей Галактики (мы же собираемся когда-то туда добраться, надеюсь).

И — самое самое — в анализе использована только часть данных ART-XC (калибровочные наблюдения 2019 и часть ранних обзоров); более глубокие карты 2022–2023 ещё в обработке. Так что стоит ожидать уточнений и, возможно, новых сюрпризов.

Такие дела.