Центральная зона нашей Галактики богата самыми экстремальными и экзотическими объектами. Среди них есть так называемые «филаменты» — длинные и тонкие структуры, напоминающие волокна, часть из которых видна в радиодиапазоне, а часть в рентгеновских лучах. Предполагается, что видимыми их делает синхротронное излучение релятивистских электронов и позитронов, рождающихся вблизи пульсаров — вращающихся нейтронных звезд с сильными магнитными полями. Новые наблюдения дают убедительное подтверждение этой гипотезы.
Недавние наблюдения центральной зоны нашей Галактики орбитальными рентгеновскими обсерваториями IXPE и Chandra (NASA) были нацелены на поиск поляризации и переменности излучения, отраженного плотным газом молекулярных облаков.
Карта радиоизлучения центральной зоны Галактики, полученная телескопом MeerKAT. Голубой прямоугольник — область, которая была подробно исследована рентгеновскими телескопами Chandra и IXPE (NASA). Группа ярких вертикальных линий/филаментов, проходящих через эту область, называется Аркой. Современные модели связывают такие структуры с движениями газа, формирующими топологию магнитного поля
В этой области поле расположены и два весьма примечательных с точки зрения астрофизики объекта: Арка и пульсарная туманность G0.13-0.11.
Арка в центре Галактики (Galactic Center Radio Arc) — это совокупность гигантских филаментов, ярких в радиодиапазоне, открытая в 80-х годах прошлого века. Её протяжённость превышает 100 парсек (более 300 световых лет), а геометрия, вероятно, отражает структуру движений газа в этой области интенсивного звёздообразования. Возможно, что играет роль и активность сверхмассивной чёрной дыры в центре Галактики.
Изображения этой зоны современными радиотелескопами показывают, что, кроме Арки, здесь есть многочисленные филаменты, ориентированные перпендикулярно диску Галактики.
G0.13-0.11 — это диффузная структура, открытая обсерваторией Chandra почти 25 лет назад. Считается, что в её центре находится компактный источник — вращающаяся одиночная нейтронная звезда с сильным магнитным полем. Такая звезда создает «ветер» из ультрарелятивистских частиц, которые надувают «пузырь» в межзвёздной среде, формируя туманность. Самый известный пример — Крабовидная туманность.
Для нейтронных звёзд, двигающихся в окружающей среде со сверхзвуковыми скоростями, туманности по форме могут напоминать гелиосферу или магнитосферу Земли. Какая-то доля ультрарелятивистских частиц может убегать из туманности в межзвёздную среду.
Совместные измерения обсерваторий IXPE и Chandra показали, что диффузное рентгеновское излучение вокруг пульсарной туманности G0.13-0.11 поляризовано. Степень поляризации оказалась очень высокой, а плоскость поляризации — ориентированной вдоль диска Галактики, что видно на втором рисунке.
Эти измерения служат прямым доказательством того, что наблюдаемое рентгеновское излучение имеет синхротронную природу. Такое излучение сопровождает движения с ускорением релятивистских электронов и позитронов в магнитном поле. При этом магнитное поле не должно быть слишком хаотичным, иначе степень поляризации будет низкой. А направление плоскости поляризации рентгеновских фотонов вдоль диска Галактики означает, что магнитное поле должно быть ориентировано перпендикулярно к нему — так же, как и у Арки.
При этом часть филаментов, образующих Арку, оказываются яркими и в рентгеновском диапазоне.
Изображения участка центральной зоны Галактики в радио- (красный цвет) и рентгеновском (зелёный цвет) диапазонах длин волн. Радио филаменты — это часть Арки. Группы радио- и рентгеновских филаментов перекрываются вблизи пульсарной туманности, указывая на общее происхождение этих структур. Голубым цветом показана плоскость поляризации рентгеновского излучения. Она почти перпендикулярна филаментам, как и должно быть в случае, когда силовые линии магнитного поля направлены преимущественно вдоль филаментов
Эти наблюдения являются прямым подтверждением теоретических моделей, предполагающих, что релятивистские частицы, созданные в пульсарных туманностях, «убегают» из туманностей, попадают в крупномасштабные структуры магнитного поля и «подсвечивают» их. Времена жизни релятивистских электронов, излучающих в рентгеновском и радиодиапазонах, различаются на несколько порядков величины. В результате в рентгеновском излучении нам видна лишь ближайшая окрестность пульсарной туманности, а в радиодиапазоне становятся яркими гигантские структуры — такие как Арка.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics и доступна в архиве электронных препринтов arXiv.org.
Источник: Институт космических исследований РАН.