Astronaujiena. Fermi burbulai artėja, bet bijoti nėra ko

Šitą naują atradimą pristatyti planuoju jau ilgiau nei mėnesį, bet iki dabar vis nerasdavau laiko. Bet astronomija – dėkinga sritis: procesai vyksta taip lėtai, kad mėnuo šen ar ten jų pristatymui nėra kažkas baisaus. O naujiena, pasirodžiusi net ir mūsų žiniasklaidoje, skamba baugokai: Žemės link artėja kažkoks karštas kosminis „užtaisas“, suprask, jau tuoj (tam tikroms „tuoj“ vertėms) mums bus riesta. Užsienio spaudoje apie tai irgi parašyta, tik ne taip sensacingai. Taigi, kas čia atrasta ir ar tikrai kažko reikia baimintis.

Pradžiai – truputis konteksto. Prieš maždaug penkerius metus, išanalizavus Fermi gama spindulių teleskopo stebėjimų duomenis, buvo aptikti du didžiuliai karštų dujų burbulai abipus Paukščių Tako galaktikos plokštumos. Burbulai yra lašo formos, plonasis galas siekia Galaktikos centrą, o viršus pakilęs iki ~8 kiloparsekų nuo disko plokštumos (toks pat atstumas, tik jau diske, skiria Saulę nuo Galaktikos centro). Struktūros pavadintos Fermi burbulais, tolesni gama spindulių stebėjimai atskleidė šiek tiek daugiau struktūros juose, bet neatsakė į svarbiausią klausimą – iš kur jie atsirado. Atsiradimo hipotezės yra kelios. Viena teigia, kad jie yra labai seni, milijardų metų amžiaus, objektai, kurių dydį palaiko žvaigždžių formavimosi metu išskiriama energija Galaktikoje, ypač jos centrinėje dalyje. Ta energija kaitina dujas, bet jos toliau plėstis negali, nes jas sulaiko aplink galaktiką esančių dujų slėgis. Kitos hipotezės aiškina, kad burbulai yra jaunos, prieš keletą milijonų metų atsiradusios struktūros, kurias sukūrė arba spartaus žvaigždžių formavimosi išskirta energija, arba centrinės supermasyvios juodosios skylės aktyvumo epizodas.

Dabar gauti nauji duomenys, šįkart ultravioletinių spindulių ruože, leidžia atmesti bent jau ilgaamžių burbulų hipotezę. Duomenys gauti stebint tolimą kvazarą PDS 456, kuris, stebint iš Žemės, yra kaip tik už šiaurinio burbulo. Taigi kvazaro spinduliuotė iki mūsų keliauja ir pro burbulo dujas, o jos dalį tos spinduliuotės sugeria. Kvazaro spektre atsiranda sugerties linijos, iš kurių galima nustatyti, kokiu greičiu mūsų atžvilgiu juda sugeriančios dujos. Gama spindulių ruože to padaryti neįmanoma, nes tokią intensyvią spinduliuotę skleidžia tik laisvos dalelės (elektronai ir atomų branduoliai, nesusijungę į atomus), o tokios dalelės spektro linijų beveik neturi.

Kvazaro PDS 456 padėtis pažymėta žvaigždute. Žemėlapis - gama spindulių vaizdas, kuriame matyti ir Fermi burbulai (ryškesnės elipsės). ©Fox et al. 2012

Taigi, tokie stebėjimai atskleidė burbuluose esančias dvi dujų zonas, kurių viena artėja mūsų link, o kita – tolsta. Perskaičiavus jų greičius, atmetant Saulės sistemos judėjimą Galaktikos disku, paaiškėja, kad vienos dujos prie mūsų artėja ~190 km/s greičiu, o kitos tolsta ~295 km/s greičiu. Paprastas geometrinis modelis paaiškina tokią asimetriją – arčiau mūsų esančias dujas stebime arčiau Galaktikos plokštumos (žemiau pakilusias), o ten jos plečiasi lėčiau, nei aukščiau esančios labiau nutolusios dujos. Taigi burbulų kraštai plečiasi į šonus, o tą plėtimąsi matome už burbulų esančių objektų spektruose. Du absorbcijos regionai – dvi dujų zonos – atsiranda todėl, kad burbulų viduje esančios dujos yra pernelyg karštos, kad sugertų ultravioletinę spinduliuotę, taigi stebėjimais aptinkamos tik pakraščiuose esančios dujos.

Kas gero iš šitų atradimų? Ogi tai, kad žinodami dujų judėjimo greitį, galime suskaičiuoti, kada jos pradėjo plėstis iš Galaktikos centro. Aišku, tiksliam skaičiavimui reikėtų detalaus modelio, įskaitančio netolygų medžiagos pasiskirstymą ir jos kuriamą gravitacinį lauką, energijos padavimą į sistemą ir t.t., bet apytikriai suskaičiuoti galima ir gana paprastai, tiesiog užsiduodant plėtimosi greičio priklausomybę nuo laiko (arba burbulo dydžio) ir nustatant, koks turėtų būti pradinis greitis, kad dabartinis dujų judėjimas atitiktų stebimą. Tai padarę, tyrimo autoriai nustatė, kad dujos turėjo pradėti plėstis didesniu, nei 900 km/s greičiu, tačiau iki dabar galėjo sulėtėti iki 300-400 km/s. Plėtimasis nėra vienodas visomis kryptimis, todėl stebimos dujos mūsų link juda mažesniu greičiu. Iš šio greičio galima nustatyti ir tai, kad burbulai susiformavo palyginus neseniai, autorių teigimu – prieš 2,5-4 milijonus metų. Tiksliais skaičiais – ir dabartiniu plėtimosi greičiu, ir amžiumi, ir netgi pradiniu plėtimosi greičiu – pasitikėti nebūtina, bet bent jau eilės dydis turėtų būti teisingas (t.y. šie skaičiai nuo tikrųjų turėtų skirtis ne daugiau nei tris kartus).

Ką visa tai reiškia? Visų pirma, galime atmesti aiškinimą, jog Fermi burbulai yra ilgaamžės statiškos struktūros. Jei jos statiškos, nematytume tokio spartaus plėtimosi. Antra, šiek tiek mažiau tikėtina tampa ir hipotezė, kad burbulus sukūrė žvaigždėdaros išskirta energija. Tokia energija gali įgreitinti dujas iki pabėgimo greičio iš galaktikos, bet nedaug daugiau, o pabėgimo greitis iš Paukščių Tako yra ~550 km/s, tad pasiekti 900 km/s būtų sudėtinga. Įmanoma, tačiau mažai tikėtina. Be to, Fermi burbulus aiškinantys žvaigždėdaros modeliai paprastai teigia, kad intensyvi žvaigždėdara turėjo prasidėti prieš daugiau nei 10 milijonų metų – gerokai daugiau, nei gaunama šiame tyrime. Tuo tarpu galaktikos branduolio aktyvumo sukurta tėkmė galėtų nesunkiai įgreitėti iki >1000 km/s ir per 6 mln. metų pasiekti dabartinį dydį. Taigi nors žvaigždėdaros modelio atmesti dar negalima, jis atrodo mažiau tikėtinas, nei aktyvaus galaktikos branduolio sukeltos tėkmės modelis. Tiesa, aš esu gana šališkas, nes pastarąjį modelį pats ir propaguoju. Tikiuosi šiemet sumodeliuoti, kaip tokie burbulai turėtų plėstis Galaktikoje ir išsiaiškinti, ar gaunami šiandieniniai plėtimosi greičiai atitinka stebėjimus :)

Na ir pabaigai – apie galimus pavojus. Jei burbulai plečiasi mūsų link, ar jie kažkada apgaubs ir Žemę? To įvykti tikrai neturėtų, mat burbulai nepajėgs įlįsti į Galaktikos diską. Jie plečiasi Galaktikos hale – labai retų dujų apvalkale, supančiame Galaktikos diską ir centrinį telkinį. Ten burbulams plėstis yra santykinai lengva, taigi ten jie ir gali pasiekti šimtų kilometrų per sekundę greitį ir išsipūsti iki beveik dešimties kiloparsekų aukščio. Tačiau Galaktikos diske dujų tankis yra žymiai didesnis; Fermi burbulai jų paprasčiausiai nepramuš. Net ir dabar, arčiau Galaktikos centro, burbulai greičiausiai „slysta“ disko paviršiumi, plėsdamiesi lygiagrečiai jam, o ne į disko vidų. Kažkada jie taip apgaubs ir diską ties Saule, bet mums pavojus dėl to negresia. Taigi miegoti galite ramiai.

Visą pristatomą tyrimą rasite arXiv.

Laiqualasse

6 komentarai

        1. Reikės pažiūrėti kada :)

          Mano darbai, tikiuosi, bus jau šiemet, bet kažkada į metų pabaigą. It’s on the list, taip sakant.

      1. Man atrodo, kad daugiausiai redukcijos artefaktai, tolimi gama spindulių šaltiniai (pvz. aktyvios galaktikos) ir pan.

    1. Nesu tikras, ką turi omenyje? Jei kalbi apie šviesio pasiskirstymą, tai nepamiršk, kad spinduliuotės intensyvumas visai nebūtinai vienodai pasiskirstęs erdvėje.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *