Mūsų Galaktika, Paukščių Takas, šiuo metu neturi aktyvaus branduolio – prie centrinės supermasyvios juodosios skylės esančių dujų nepakanka dideliam šviesiui generuoti. Bet taip buvo ne visada: naujausi stebėjimai patvirtina hipotezę, kad prieš maždaug šešis milijonus metų Galaktikos centras spindėjo ryškiau už visas Paukščių Tako žvaigždes kartu sudėjus.

Visatoje yra šimtai milijardų galaktikų. Kai kurios iš jų – vos keli procentai – centre turi labai ryškų spinduliuotės šaltinį, vadinamą aktyviu branduoliu. Spinduliuotę jose kuria dujos, krentančios į centrinę supermasyvią juodąją skylę. Krisdamos dujos praranda labai daug energijos: priklausomai nuo įvairių detalių, tai gali būti nuo penkių iki 42 procentų rimties masės energijos (ši randama naudojant garsiąją formulę $$E = mc^2$$). Priklausomai nuo juodosios skylės masės, egzistuoja teorinė riba, kiek daugiausiai gali spinduliuoti krentančios dujos. Dažniausiai ji yra didesnė nei visos likusios galaktikos žvaigždžių spinduliuotė, taigi aktyvias galaktikas pastebėti ir atskirti galima gana aiškiai.

Mūsų Paukščių Takas nėra aktyvi galaktika. Prie supermasyvios juodosios skylės, vadinamos Šaulio A* (angliškai Sagittarius A* arba trumpiau Sgr A*), dujų šiek tiek yra, bet tiek mažai, kad spinduliuoja jos tik kaip 300 Saulių. Bet taip negalėjo būti visada: sąlygos galaktikų centruose kinta ir kiekviena galaktika dalį gyvenimo praleidžia aktyvioje būsenoje. Mūsiškė neturėtų būti išimtis.

Egzistuoja keletas įrodymų, kad Sgr A* galėjo būti aktyvi prieš keletą milijonų metų. Vienas iš jų – daugiau nei prieš dešimtmetį aptiktas jaunų žvaigždžių žiedas prie pat juodosios skylės. Šių žvaigždžių amžius yra 5-7 milijonai metų. Toks laikas yra gana trumpas kosminiais mastais, taigi mažai tikėtina, kad šios žvaigždės galėjo susiformuoti kur nors kitur ir spėjo atlėkti iki juodosios skylės ir ten susisukti į gana tvarkingą žiedą. Gerokai labiau tikėtinas paaiškinimas yra toks: aplink Sgr A* susikaupė daug dujų, kurios susisuko į akrecinį diską. Disko pakraščiuose esančių dujų gravitacija nustelbė juodosios skylės trauką ir jos pradėjo byrėti į gumulus, kurie suformavo žvaigždes. Šis aiškinimas taip pat prognozuoja, kad arčiau disko centro buvusios dujos žvaigždžių neformavo, o įkrito į juodąją skylę. Teoriniai skaičiavimai rodo, kad tokių dujų galėjo būti pakankamai, kad mūsų Galaktiką gal net milijonui metų paverstų aktyvia.

Kaip nustatyti, ar Paukščių Tako centras galėjo taip ryškiai spinduliuoti prieš šešis milijonus metų? Šviesos aidas čia nepadeda – bet kokie signalai iš Galaktikos centro leidžia mums nagrinėti geriausiu atveju keleto šimtmečių praeitį. Tačiau 2010-aisiais metais aptiktas galimas šio aktyvumo pėdsakas, užimantis kone ketvirtį dangaus skliauto. Tiesa, matomas tik gama spindulių ruože.

Šis pėdsakas vadinamas Fermi burbulais. Jis buvo aptiktas analizuojant Fermi gama spindulių teleskopo duomenis. Burbulai – tai dvi lašo formos struktūros, kurių plonieji galai beveik liečiasi su Galaktikos centru, o storieji iškyla apie 10 kiloparsekų statmenai Galaktikos plokštumai. Arti Galaktikos plokštumos esantys burbulų kraštai sutampa su seniau žinomomis rentgeno spindulių ruože matomomis struktūromis.

Hipotezių, kaip burbulai galėjo atsirasti, ilgai laukti nereikėjo. Iš pasiūlytų modelių išskirti galima būtų tris. Vienas teigia, kad burbulai egzistuoja milijardus metų ir atsiranda dėl to, kad centrinėje Galaktikos dalyje žvaigždės formuojasi greičiau, nei išorinėse, o supernovų sprogimai paskleidžia kosminius spindulius ir gama spinduliuotę į aplinką. Šie spinduliai išpučia ir palaiko burbulus daugmaž vienodo dydžio visą Paukščių Tako gyvavimo laiką. Antra hipotezė – kad burbulus sukūrė čiurkšlė, išlėkusi iš Sgr A* aplinkos prieš du milijonus metų. Trečioji – kad Sgr A* akrecinio disko vėjas, prasidėjęs prieš šešis milijonus metų ir pūtęs apie milijoną metų, išpūtė šiuos burbulus. Iškart prisipažinsiu, kad kalbėdamas apie šias hipotezes esu labai šališkas, nes paskutinė iš jų yra mano. Todėl ir naujasis atradimas labai džiugina, nes jis reikšmingai paremia akrecinio disko vėjo, kaip Fermi burbulų kilmės priežasties, modelį.

Trys modeliai skiriasi įvairiomis detalėmis, tačiau pagrindinis skirtumas – dabartinis burbulų plėtimosi greitis. Jei burbulai yra milijardų metų amžiaus struktūros, jie turėtų būti stacionarūs. Jei jie susiformavo prieš porą milijonų metų, šiuo metu turėtų plėstis bent tūkstančio kilometrų per sekundę greičiu – kitaip tiesiog nebūtų spėję užaugti iki tokio aukščio, kokio yra dabar. Jei jų amžius – šeši milijonai metų, greitis gali būti mažesnis, tačiau vis tiek turėtų siekti kelis šimtus kilometrų per sekundę. Prieš penkerius ir daugiau metų, kai pasiūlyti visi šie modeliai, burbulų plėtimosi greičio niekas nežinojo, tad ir patikrinti, kuris modelis teisingas, negalėjo. O dabar greitis išmatuotas.

Tiesa, pirmą kartą burbulo kraštų judėjimo greitis pamatuotas prieš dvejus metus. Tada, stebėdami vieno tolimo kvazaro spektrą, astronomai pastebėjo jame sugerties linijų komponentes, atitinkančias maždaug 250 kilometrų per sekundę greitį, kuriuo medžiaga artėja mūsų link ir nuo mūsų tolsta. Šis greitis nėra lygus paties burbulo plėtimosi greičiui – burbulo kraštai juda lėčiau, nei viršus, ir juda tolyn nuo Galaktikos plokštumos, kurioje esame mes. Tuomet tyrimo autoriai įvertino, kad burbulų amžius gali būti 2-4 milijonai metų, tačiau negalėjo tvirtai atmesti ir šiek tiek ankstesnės jų pradžios.

Vos vieno kvazaro spektras negali atskleisti pilno vaizdo apie burbulų dinamiką. Taigi ta pati tyrėjų grupė praplėtė duomenų imtį ir surinko net 47 objektų – kvazarų ir Paukščių Tako pakraščiuose esančių žvaigždžių – duomenis. Taip jie ir nustatė spinduliuotės sugerties savybes burbuluose, ir įrodė, kad burbulų išorėje sugerties beveik nėra. Pro burbulą einančios spinduliuotės sugertis leido patikslinti ir burbulo judėjimo modelį. Paaiškėjo, kad burbulo amžius yra kiek didesnis, nei rodė anktesnė analizė – 6-9 milijonai metų. Dar nustatytas burbulą sudarančios medžiagos metalingumas – už helį sunkesnių cheminių elementų kiekis, lyginant su vandeniliu. Jis pasirodė esąs tik tris kartus mažesnis, nei Saulėje. Tai patvirtina, kad burbulą sudaranti medžiaga atkeliavo iš centrinės Galaktikos dalies, mat burbulo aplinkoje esančių halo dujų metalingumas yra gerokai mažesnis.

Stebėjimų duomenų analizė leidžia susidaryti geresnį vaizdą apie burbulų struktūrą. Tai yra milžiniškos temperatūros – milijonų kelvinų – gama spindulius skleidžiantys burbulai, apsupti gerokai šaltesnės, nors vis dar karštos – maždaug dešimties tūkstančių laipsnių – plazmos, kuri ir sugeria tolimų kvazarų spinduliuotę. Burbulai plečiasi į viršų maždaug 1000 kilometrų per sekundę greičiu, o į šonus – šiek tiek mažesniu, bet panašiu. Laikui bėgant, jie turėtų išsisklaidyti, nebent dar vienas aktyvumo epizodas Galaktikos centre papildys juos nauja medžiaga. Bet šiuo metu arti juodosios skylės nėra pakankamai didelių dujų telkinių, kurie ją galėtų pamaitinti ir paversti aktyvia. Taigi to laukti reikės bent jau tūkstančius, jei ne milijonus metų.

Tyrimo rezultatai publikuoti sausį žurnale Astrophysical Journal. Laisvai prieinamą versiją rasite arXiv.

Laiqualasse