На щастя для життя на Землі, атмосфера планети блокує більшу частину небезпечного гамма-випромінювання. Але через
Цю знахідку назвали бульбашками Фермі.Хоча природа цього явища досі залишається загадкою, вчені вважають, що вони пов'язані з надмасивною чорною діркою, розташованою у центрі Галактики. Але нове дослідження показує, що це зовсім так.
Як досліджують космічне гамма-випромінювання?
Всесвіт є домом для безлічіекзотичних та красивих явищ, деякі з яких можуть генерувати майже неймовірну кількість енергії. Надмасивні чорні дірки, злиття нейтронних зірок, потоки гарячого газу, що рухаються зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Все це лише деякі приклади подій, що генерують потік гамма-випромінювання.
Нагадаємо, гамма-випромінювання - це самаенергетична форма електромагнітного випромінювання Вона відрізняється найкоротшою довжиною хвилі (менше 210-10 м) і являє собою потік високоенергійних фотонів. Таке випромінювання має іонізуючі властивості, тобто воно може перетворювати атоми на заряджені іони.
Оскільки огляд із рівня землі закрито, вчені немали жодного уявлення про багатство гамма-випромінювання неба, доки у космос були запущені дослідницькі інструменти. Перші випадкові спостереження зробили супутники групи Vela, які були запущені в 1960-х роках для контролю за забороненими ядерними випробуваннями.
Художня ілюстрація супутник Vela на орбіті Землі. Зображення: Public Domain, Link
2 липня 1967 року детектори супутників Vela 4 таVela 3 зафіксували перший спалах гамма-випромінювання, не схожу на жодну з відомих сигнатур, пов'язаних зі зброєю. Подальший аналіз показав, що вона не має відношення до Землі та випробувань атомної бомби.
Повноцінне дослідження гамма-випромінювання вкосмосі розпочалося із запуску космічного телескопа «Фермі» у 2008 році. Пристрій складається з монітора гамма-сплесків та широкого телескопа. "Фермі" використовує сцинтилятори, тобто речовини, здатні світитися при поглинанні іонізуючого випромінювання. Світло від таких датчиків уловлюється фотодетектором, що дозволяє зафіксувати потужність випромінювання. Сцинтилятори телескопа знаходяться з обох боків космічного корабля, щоб бачити все небо, не закрите Землею.
Телескоп великої площі (LAT) виявляєокремі гамма-промені, використовуючи технологію, аналогічну до наземних прискорювачів частинок. Фотони ударяються об тонкі металеві листи, перетворюючись на електронно-позитронні пари. Ці заряджені частинки проходять через шари кремнієвих мікросмужкових детекторів, що чергуються, викликаючи іонізацію, яка виробляє крихітні імпульси електричного заряду, що виявляються.
За роки роботи «Фермі» зробив багатодивовижні відкриття. Наприклад, він першим виявив пульсар, який випромінює тільки гамма-випромінювання, дізнався, що залишки наднової діють як гігантський прискорювач частинок, і спостерігав спалахи гамма-випромінювання під час грози на Землі. Але найдивовижніше відкриття - це бульбашки Фермі.
Художня ілюстрація телескопа "Фермі". Зображення: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab
Чим більше досліджень, тим більше загадок
У листопаді 2010 року дослідники оголосили, що заобом сторонам ядра Чумацького Шляху було виявлено дві великі еліптичні структури з енергійної плазми, які випромінюють гамма- та рентгенівські хвилі. Ці структури, які отримали назву бульбашок Фермі, сягають 25 тис. світлових років вгору і вниз від галактичного центру. Для порівняння, відстань від нього до Сонця становить близько 26 тис. світлових років.
Художня ілюстрація бульбашок Фермі. Відео: НАСА
Фонове гамма-випромінювання, розсіяне в галактиці танавколишньому космосі, заважало попередньому виявленню цих незвичайних гігантських структур. Але потужність телескопа «Фермі» та розвиток технології подолало цю проблему.
Дослідники вважають, що джерелом бульбашокє надмасивна чорна дірка в галактиці. Більше того, вони мають бути пов'язані між собою через неї. Найбільш популярна гіпотеза припускає, що чорна дірка активно поглинає матерію, викидаючи гігантські струмені плазми, видимі в електромагнітному спектрі. Подібні джерела були раніше виявлені в інших галактиках.
Дані спостережень за бульбашками Фермі. Відео: НАСА
Щоб підтвердити цю теорію, вчені шукали такі«Димоходи» - стовпчасті струмені плазми, перпендикулярні площині галактики. Незабаром щось схоже вдалося помітити, а потім і виміряти всередині бульбашок Фермі.
Подальші дослідження, втім, поставили новіпитання. Виявилося, що бульбашки не виглядають симетрично, як передбачала теорія. У той час як в одному з них простежувалося чітке зображення «димоходу», в іншому – у процесі вимірів він почав зникати. Крім того, в одному з них було виявлено дивну яскраву пляму «кокон», яку ніяк не вдавалося пояснити.
Таємнича природа кокона
Досліджуючи пелюстки бульбашок Фермі, дослідникивиявили, що вони вкриті кількома загадковими структурами, що складаються з дуже яскравого і гамма-випромінювання, що виділяється. Одна з найяскравіших плям була виявлена у південній частці та отримала назву кокона Фермі.
Кокон Фермі. Зображення: Kavli IPMU
У роботі, нещодавно опублікованій у журналі NatureАстрономія, дослідники повідомили, що їм вдалося визначити природу цього кокона. У своїй роботі вчені проаналізували дані космічних телескопів GAIA та Fermi, щоб показати, що кокон Фермі насправді виникає через випромінювання карликової еліптичної галактики у Стрільці (SagDEG).
Ця галактика-супутник Чумацького Шляху видно приспостереження із Землі через бульбашки Фермі. Через свою вузьку орбіту під час обертання навколо нашої Галактики вона втратила більшу частину свого міжзоряного газу, а багато її зірок були вирвані з зіркового диска і витягнуті в потоки, що тягнуться слідом за SagDEG.
Розташування Сонця та Карликової еліптичної галактики в Стрільці. Зображення: Kavli IPMU
Ця галактика фактично позбавлена матеріалу длязіркоутворення та активних процесів. Проте в ній все ж таки можуть ховатися джерела гамма-випромінювання. У своїй роботі астрофізики показали, що таємниче свічення кокона Фермі можна пояснити безліччю мілісекундних пульсарів, які розташовані в галактиці SagDEG.
Міллісекундні пульсари - це залишкипевних типів зірок, значно масивніших, ніж Сонце, що у тісних подвійних системах. Під впливом екстремального обертання вони викидають у космос прискорені частки. Електрони, випущені мілісекундними пульсарами, стикаються із низькоенергетичними фотонами космічного мікрохвильового фону, штовхаючи їх до високоенергетичного гамма-випромінювання.
Хоча дослідникам і вдалося пояснити окремийефект, пов'язаний з бульбашками Фермі, комплексна природа цього явища і загалом гамма-випромінювання космосу залишається загадкою. Хоча довго вважалося, що активні ядра галактик є основним джерелом гамма-випромінювання, сьогодні відомо, що це не так.
Одна з альтернативних гіпотез припускає, щоневідома взаємодія темної матерії може формувати більшу частину такого випромінювання. Дізнатися про це вчені зможуть у нових експериментах і можливо додаткові підказки містять загадкові бульбашки Фермі.
Читати далі:
НАСА показало, як виглядає майбутнє Сонячної системи
Фізики охолодили атоми до рекордної температури. Вони в мільярди разів холодніші за космос.
Дослідники пояснили, чому Індія та Азія зіткнулися дуже швидко
Зображення на обкладинці: NASA/GSFC/DOE/Fermi LAT/D.Finkbeiner et al.