Рентгеновский взгляд на «Сигару»: XRISM зафиксировал чудовищные ветры в галактике-звездообразователе

Рентгеновский космический аппарат NASA XRISM (рентгеновская спектроскопическая миссия) измерил скорость ветров, бушующих в далекой галактике, где бурно рождаются новые звезды. Оказалось, что эти ветры движутся с невероятной скоростью — 3,21 миллиона километров в час.

Перегретый газ исходит из галактики Мессье 82 (M82), из региона интенсивной звездной активности в ее ядре. M82 расположена на расстоянии около 12 миллионов световых лет от нас в северном созвездии Большой Медведицы и классифицируется как «галактика со вспышкой звездообразования», поскольку в ней новые звезды рождаются в 10 раз быстрее, чем в Млечном Пути.

«Классическая модель галактик со вспышкой звездообразования, подобных M82, предполагает, что ударные волны от звездообразования и сверхновых вблизи центра нагревают газ, запуская мощный ветер», — говорится в заявлении участницы команды Эрин Бетчер из Университета Мэриленда и Центра космических полетов имени Годдарда NASA. «Однако до XRISM у нас не было возможности измерить скорости, необходимые для проверки этой гипотезы. Теперь мы видим, что газ движется даже быстрее, чем предсказывают некоторые модели, — более чем достаточно, чтобы увлечь ветер к окраине галактики».

Бетчер измерила скорость этих галактических ветров с помощью прибора Resolve на борту космического аппарата XRISM.

Сигара курит: горячие ветры в галактике

Известная также как Галактика Сигара, M82 славится своими холодными ветрами, состоящими из огромных объемов газа и пыли, которые простираются примерно на 40 000 световых лет. Эти ветры наблюдались с помощью множества космических телескопов, включая Hubble, James Webb (JWST), Chandra и Spitzer.

Целью этого исследования было связать эти массивные истечения вещества со звездной активностью в M82, включая выяснение того, какую роль в ветрах галактики играют высокоскоростные частицы — космические лучи. Это важно, поскольку исследователи предполагают, что тот же феномен, который создает эти ветры, запускает и космические лучи, и, возможно, именно они являются основным источником давления, выталкивающего истечения.

XRISM измерил скорость ветров (3,21 млн км/ч), наблюдая рентгеновское излучение, испускаемое перегретым железом в ядре M82. Это также позволило определить температуру в центре галактики — 25 миллионов градусов Цельсия. Именно это тепло создает давление, которое выталкивает ветры наружу, из области высокого давления в область низкого, подобно движению ветров в земной атмосфере.

Семь Солнц в год и загадка трех «лишних»

Эти ветры примечательны не только своей скоростью и начальной температурой, но и количеством переносимого вещества. Команда обнаружила, что центр M82 ежегодно выбрасывает вещество, эквивалентное массе семи Солнц. Это ставит перед астрономами загадку.

«Если ветер дует с постоянной скоростью, которую мы измерили, то, как мы полагаем, он может поддерживать более крупный и холодный ветер, выбрасывая около четырех солнечных масс газа в год. Но XRISM показывает нам, что наружу движется гораздо больше газа», — сказал в заявлении член команды Эдмунд Ходжес-Клак. «Куда же деваются три лишние солнечные массы? Может быть, они каким-то другим образом покидают галактику в виде горячего газа? Мы пока не знаем».

XRISM продолжит наблюдение за M82, что, возможно, поможет ученым решить эту загадку и одновременно построить более совершенные модели галактик со вспышкой звездообразования.

«Некоторые из наших первых моделей таких галактик были разработаны еще в 1980-х годах, и наконец-то мы можем проверить их способами, которые были недоступны до XRISM», — отметил в заявлении участник команды Скайлер Грейсон из Университета штата Аризона. «Это дает возможность понять, почему модель может не учитывать всего, что происходит в реальной Вселенной».

Открытие XRISM — это не просто измерение скорости ветра в далекой галактике. Это важный шаг к пониманию того, как галактики «обратной связью» влияют на собственную эволюцию. В галактиках со вспышкой звездообразования, таких как M82, колоссальная энергия, выделяемая при рождении и гибели массивных звезд, способна не только выбрасывать огромные объемы газа за пределы галактики, но и, в конечном счете, прекратить процесс звездообразования, лишив галактику «топлива» — межзвездного газа.

Данные XRISM показывают, что классические модели этого процесса, возможно, слишком упрощены. Расхождение между ожидаемой и наблюдаемой скоростью истечения массы указывает на то, что физика «ветров» сложнее. Возможно, в игру вступают магнитные поля, турбулентность или ранее не учитываемые механизмы нагрева и ускорения частиц. Именно эти нюансы и предстоит выяснить астрономам в ходе дальнейших наблюдений.

Кроме того, изучение таких галактик, как M82, дает ученым уникальную возможность заглянуть в прошлое Вселенной. В ранней Вселенной галактики со вспышкой звездообразования были гораздо более распространенным явлением, и процессы, которые сейчас протекают в M82, помогают понять, как формировались и эволюционировали галактики миллиарды лет назад. XRISM, с его уникальной способностью измерять скорости и температуры горячего газа, выступает здесь в роли своеобразной машины времени.

Не менее важен и технологический аспект. Прибор Resolve на борту XRISM — это микрокалориметр, работающий при температуре, близкой к абсолютному нулю. Он позволяет получать рентгеновские спектры с беспрецедентным разрешением, фактически «видя» движение атомов по крошечным сдвигам в длинах волн излучения. Успешное измерение скоростей ветров в M82 подтверждает, что этот сложнейший инструмент работает в полную силу, открывая новую эру в рентгеновской астрономии.

Следующие наблюдения XRISM за M82, а также за другими галактиками, обещают не только решить загадку «трех лишних солнечных масс», но и, возможно, пересмотреть наши представления о том, как энергия звезд формирует структуру и судьбу целых звездных систем.

Результаты исследования были опубликованы в среду (25 марта) в журнале Nature.