Pulsar Nebulas And Filaments In the Galactic Centre
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.
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. Ее протяженность превышает 100 парсек (более 300 световых лет), а геометрия, вероятно, отражает структуру движений газа в этой области интенсивного звездообразования. Возможно, что играет роль и активность сверхмассивной черной 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 ее центре находится компактный источник — вращающаяся одиночная нейтронная звезда с сильным магнитным полем. Такая звезда создает «ветер» из ультрарелятивистских частиц, которые надувают «пузырь» в межзвездной среде, формируя туманность. Самый известный пример — Крабовидная туманность.
Для нейтронных звезд, 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 межзвездную 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.
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.
Добавление от 30.10.2024. Статья E. Churazov, I. Khabibullin, A.Vikhlinin, R.Sunyaev, J. Poutanen, S. Tsygankov, et al., «Pulsar-wind-nebula-powered Galactic center X-ray filament G0.13-0.11: Proof of the synchrotron nature by IXPE» опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics, 686, A14 (2024). Она включена в цикл статей Н.С.Лысковой, Р.А.Сюняева, И.И. Хабибуллина, Е.М.Чуразова «Рентгеновское и радиоизлучение астрофизических источников с релятивистскими электронами», — который стал победителем в конкурсе научных работ ИКИ РАН 2023/2024 г. в номинации «Лучшая научная работа Института».
Дополнительная информация
- E. Churazov, I. Khabibullin, A.Vikhlinin, R.Sunyaev, J. Poutanen, S. Tsygankov, ... et al., Pulsar-wind-nebula-powered Galactic center X-ray filament G0.13-0.11: Proof of the synchrotron nature by IXPE, A&A, 686, A14 (2024)
- 21.06.2023 Телескоп IXPE обнаружил поляризацию рентгеновского излучения молекулярных облаков в центре Галактики / Новости ИКИ РАН