Центр Галактики в рентгеновских лучах

Центр нашей Галактики Млечный Путь — уникальная область неба, где сосредоточены самые разнообразные звёздные и газовые структуры. Их изучение помогает лучше понять эволюцию нашего «звёздного острова».

Центральный звездный диск (ЦЗД, по-английски Nuclear Stellar Disk или NSD) — вытянутая вдоль плоскости Галактики структура, расположенная вблизи Галактического центра. Его протяжённость достигает сотен парсек, а толщина — лишь несколько десятков. Считается, что этот диск образовался миллиарды лет назад и содержит в основном старое звёздное население. Хотя плотность объектов в центральной части Галактики велика, но изучать её в видимом диапазоне сложно из-за большого количества газа и пыли на луче зрения. Поэтому до сих пор свойства ЦЗД были известны главным образом по наблюдениям в инфракрасном диапазоне, где свет звёзд частично проходит сквозь облака межзвёздной пыли. Но можно зайти и с другой стороны спектра — рентгеновское излучение с энергиями более нескольких килоэлектронвольт также способно пробиваться сквозь пыль и газ, и потому даёт редкую возможность увидеть процессы, протекающие в самом центре Галактики.

Рентгеновские космические телескопы активно изучали эту область, но до сих пор в этих наблюдениях собственное рентгеновское излучение ЦЗД не удавалось отделить от излучения других объектов, которые также находятся в центре Галактики.

Впервые выделить собственное рентгеновское излучение ЦЗД на фоне других структурных компонентов Галактики получилось с помощью телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ» благодаря уникальным характеристикам инструмента и широкоугольному равномерному картографированию. Для анализа использовались данные глубокого рентгеновского обзора центральной области Галактики, который был проведен телескопом ART-XC во время перелёта обсерватории «Спектр-РГ» в район точки L₂ системы Солнце-Земля после запуска в 2019 году.

Достаточно сложной задачей для исследователей стала необходимость «вычесть» из данных наблюдений ART-XC «лишнее» излучение. В центре Галактики много ярких объектов, излучение которых «забивает» сигнал от более слабых структур.

Из полученных данных стало понятно, что рентгеновское излучение ЦЗД, скорее всего, является совокупным свечением десятков или даже сотен тысяч слабых источников, которые не видны по отдельности с расстояния в восемь килопарсек — столько отделяет нас от центральных областей Галактики. Подобным же образом ранее была объяснена природа «рентгеновского хребта Галактики» — рентгеновского излучения, простирающегося вдоль всего Млечного Пути.

Ближайшая, хотя и не очень точная, аналогия в оптическом диапазоне — излучение самого Млечного Пути, который ночью кажется светлой полоской на небе, хотя каждую звезду по отдельности разглядеть человеческий глаз не способен.

Источником излучения ЦЗД, однако, являются не обычные звёзды, или, говоря точнее, не только они.

Анализ данных телескопа ART-XC показал, что рентгеновская карта центра Галактики хорошо согласуется с моделями распределения звёздной массы, измеренными по данным инфракрасных обзоров. Кроме того, учёным удалось впервые построить трёхмерную модель распределения рентгеновского излучения и измерить суммарную светимость ЦЗД — около 6x10³⁶ эрг/с.

Удивительным при этом стал факт, что удельная рентгеновская светимость центрального звёздного диска, то есть количество излучения, приходящееся на единицу звёздной массы, оказалась примерно в три раза выше, чем у «хребта Галактики», т.е. в среднем по Млечному Пути. Данный эффект наблюдался ранее телескопом XMM-Newton (ESA) в линии излучения ионизованного железа 6.7 кэВ, и теперь подтверждается данными ART-XC в широком диапазоне энергий 4–12 кэВ.

Александр Лутовинов подчёркивает, что в этой работе, приведшей к столь замечательному открытию, была использована только небольшая часть данных телескопа ART-XC, полученная ещё во время калибровочных наблюдений. В 2022–2023 гг. область Галактического центра активно изучалась российским инструментом во время глубокого обзора Галактической плоскости. Учёные сейчас анализируют новые данные, а значит, впереди еще много новых открытий.