Астрофизики выяснили причину неравномерного нагрева Млечного Пути
Гало горячего газа, окутывающего нашу Галактику, нагрето неравномерно. С помощью компьютерной симуляции астрофизики узнали, почему. Причем сделали это, как ни парадоксально, до того, как эта температурная асимметрия была выявлена.
Многие галактики, включая нашу, окружены «коконами» из разреженной и нагретой материи — горячей окологалактической средой. По оценкам ученых, масса газовой оболочки Млечного Пути составляет около 100 миллиардов масс Солнца, то есть в ней содержится больше вещества, чем в самом галактическом диске. Это гало, раскаленное примерно до 2 миллионов градусов Кельвина, служит «строительным материалом» для гораздо более компактного и холодного диска из газа и звезд внутри него.
В 2024 году российско-немецкая рентгеновская обсерватория eROSITA обнаружила, что южная половина оболочки теплее северной, расположенной над диском Млечного Пути, и разница составляет в среднем 12%.
Астрофизики провели моделирование, которое эту разницу объяснило. Млечный Путь в компьютерной симуляции представлен тремя компонентами: вращающийся диск с относительно холодным газом, окружающий его более горячий газ и обширное гало из темной материи. Эта так называемая гидродинамическая модель рассчитывает движение этих компонентов под действием гравитационного притяжения Магеллановых Облаков, которые проходят вблизи Млечного Пути, на временном отрезке около миллиарда лет.
Результаты опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Они показывают, что в настоящее время холодный диск Млечного Пути движется в направлении этих галактик-спутников со скоростью около 40 километров в секунду из-за гравитации Большого Магелланова Облака. Согласно расчетам, в этом процессе Млечный Путь сжимает газ в нижней (южной) части, и вещество нагревается на 13—20%. Более того, разница температур между северной и южной частями галактической оболочки увеличилась за последние 100 миллионов лет.
«Мы довольно быстро заметили в симуляции эффект нагрева. Но потребовалось немного больше времени, чтобы осознать, что именно происходит: сжатие газа, как в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, которое и нагревает южную сторону оболочки нашего Млечного Пути, делая ее горячее», — говорит профессор Филиппо Фратернали из Гронингенского университета.
Модель может также объяснить и другие асимметрии в окрестностях Млечного Пути. Например, на севере Галактики наблюдается гораздо больше так называемых высокоскоростных облаков, чем на южной. Эти области газа, обычно примерно в 100 раз более холодные, чем окружающая среда, движутся вокруг галактики с аномально высокими скоростями. «Более низкое давление окружающего газа может позволять таким облакам легче формироваться и дольше существовать в этой области», — полагает Фратернали.
Интересно, что моделирование проводилось еще в 2019 году и с другими целями — в частности, в поисках объяснений движению газа вокруг Магеллановых Облаков. На тот момент разница в температурах еще не была обнаружена.
«Обычно компьютерные модели проводятся для объяснения тех или иных наблюдений. Примечательно, что эти симуляции уже содержали в себе температурную асимметрию до того, как она была обнаружена. Это делает наш результат особенно надежным», — уверен профессор.
«Наше объяснение температурной асимметрии, измеренной телескопом eROSITA, основано на простых и хорошо изученных физических процессах, которые встречаются, например, в двигателях внутреннего сгорания. Это придает результату особую изящность», — добавила астрофизик Эльзе Штаркенбург из Гронингенского университета, соавтор исследования.
