Газ у звезды А в созвездии Стрельца обогащен металлами из-за взрывов сверхновых

Фото из открытых источников

Сердце Млечного Пути находится под доминирующим влиянием — и даже определяется — сверхмассивной чёрной дырой (СМЧД). Она называется Стрелец А-звезда (Sgr A*) и имеет массу около 4 миллионов солнечных масс. Её гигантское гравитационное притяжение, мощное излучение и сложные магнитные поля формируют её окружение.

Sgr A* — это неактивное сверхмассивное черное дыра (СМЧД), а не активное галактическое ядро (АГЯ). У него всё ещё есть аккреционное кольцо, но оно подпитывается небольшим количеством вещества, а не ненасытным потоком. Поэтому в нём нет яркого аккреционного кольца, характерного для активно питающегося СМЧД.

Астрофизики не могут оторвать глаз от Sgr A*, они наблюдают за ней в разных диапазонах длин волн и исследуют её и её окружение всеми возможными способами. Её близость к Земле по сравнению с сверхмассивными чёрными дырами в других массивных галактиках даёт исследователям возможность изучать сверхмассивные чёрные дыры более детально. Астрономы обнаружили звёзды и газовые облака, вращающиеся вокруг Sgr A*, и составили карту её сложных магнитных полей.

В новой работе исследователи изучили газ вблизи Sgr A*, чтобы определить его свойства, и обнаружили, что он обогащен астрономическими металлами. Работа называется «Структура ионизации и обогащение металлами миниспирали в центре Галактики, наблюдаемые с помощью JWST» и опубликована в The Astronomical Journal. Ведущий автор — Николь Форд из исследовательской группы профессора Дэрила Хаггарда на кафедре физики Университета Макгилла в Монреале, Канада.

«Стрелец A* (Sgr A*) — ближайшая к нам спокойная сверхмассивная черная дыра, и ее близость предоставляет уникальную возможность изучить окружающий ее запас топлива», — пишут авторы. Они исследовали центральную область Млечного пути размером 0,1 парсека, используя данные спектрографа среднего разрешения MIRI телескопа JWST. Это позволило им «разделить структуры ионизированного газа в среднем инфракрасном диапазоне». Наиболее интересующая их особенность называется миниспиралью Галактического центра, и она находится внутри околоядерного диска (CND). Миниспираль состоит из молекулярной пыли и теплого ионизированного газа.

«Динамика миниспирали определяется гравитационным и радиационным воздействием Sgr A*, ядерного звездного скопления, и их взаимодействием», — пишут исследователи. «Миниспираль имеет форму трехлучевого «трискелиона», состоящего из Северного рукава, Восточного рукава и Западной дуги». Эти нитевидные рукава служат каналами, соединяющими холодный молекулярный газ в CND с более горячей плазмой NSC.

Читатели Universe Today, вероятно, знают, что астрономические металлы — это не то же самое, что обычно называют металлами в стандартном земном контексте. Астрономические металлы — это любые элементы тяжелее водорода и гелия. Это важное различие, поскольку эти элементы появились только после того, как были синтезированы звёздами.

Исследование показывает, что газ в миниспирали вблизи Sgr A* обогащен металлами по сравнению с Солнцем.

«Это исследование позволяет определить состав и состояние ионизации трех газовых структур Миниспирали, различающихся по радиальной скорости: Бар, Северный рукав и быстро движущиеся газовые блоки, которые мы называем структурами BC (Blue-shifted Compact)», — пишут исследователи. «На субпарсековых масштабах в Миниспирали мы предполагаем содержание металлов примерно в 1,8 раза выше солнечного».

В целом, работа показывает, как газ вблизи Sgr A* формируется условиями в этом регионе. Более высокая металличность, вероятно, обусловлена взрывами сверхновых в прошлом. Sgr A East — это остаток сверхновой в регионе, который перекрывает Sgr A* на небе.

В другой недавней статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal, этот остаток сверхновой был отделен от самой сверхмассивной черной дыры, что свидетельствует об обогащении газа вблизи Sgr A* металличностью сверхновой. В ней также показано, что сверхновая способствовала поддержанию высокой температуры газа вблизи сверхмассивной черной дыры, что, в свою очередь, способствовало медленному притоку вещества, питающего ее. «В совокупности эти результаты позволяют идентифицировать Sgr A East как основной источник энергии, который поддерживал высокую температуру и динамическую турбулентность околоядерной среды Sgr A* на протяжении всего ее существования (~ 10⁴ лет)», — заключили исследователи.

Газ, богатый металлами, охлаждается быстрее, и это ускоряет приток газа в сверхмассивную черную дыру, поскольку газ может попасть в Sgr A* только в охлажденном и сжатом виде. Однако Sgr A* получает лишь небольшое количество вещества, поскольку металличность в 1,8 раза выше солнечной является лишь умеренной и не может обеспечить более быстрое охлаждение и приток газа в сверхмассивную черную дыру.

«Мы знаем, что в центре нашей галактики находится черная дыра, притягивающая к себе вещество, но мы видим, что она поглощает гораздо меньше вещества, чем другие сверхмассивные черные дыры, и делает это медленнее», — поясняет Форд. «Для понимания причин этого явления необходимо изучить свойства вещества, доступного для поглощения, включая газ, пыль и звезды, вращающиеся вокруг нее».