Что скрывает сердце нашей Галактики под завесой космической пыли? Телескоп ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ» разглядел древнейшую структуру Млечного Пути — Центральный звёздный диск (ЦЗД) — и обнаружил в его сердце аномалию. Оказывается, что центральный регион Галактики в три раза ярче в рентгеновском диапазоне, чем считалось ранее, и объяснения этому феномену у науки пока нет.
Центр нашей Галактики — совсем не тихое и умиротворенное место, как могло бы показаться. Там находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А, звёзды натыканы с бешеной плотностью, всё куда-то летит, взрывается и взаимодействует. Одним словом, изучить всё это — сложнейшая задача. Мы находимся от этого центра на расстоянии восьми килопарсек (примерно 25 тысяч световых лет), и всё скрыто за непроницаемой завесой из газа и пыли. В обычный оптический телескоп там не разглядеть ровным счётом ничего. Но российские астрофизики из ИКИ РАН впервые кое-что таки разглядели.
Когда парадный вход закрыт, нужно идти через чёрный ход. В астрофизике таких ходов два: инфракрасный и рентгеновский диапазоны. Инфракрасный свет от звёзд кое-как просачивается сквозь пыль, позволяя составить карту их расположения. Но по-настоящему горячие события, где вещество разогревается до миллионов градусов, можно увидеть только в жёстком рентгене — его фотоны, обладая высокой энергией, прошивают газопылевые облака почти без потерь. Именно там, в самом сердце Галактики, находится одна из ключевых её структур — Центральный звёздный диск (ЦЗД). Это гигантский блин, населённый в основном старыми звёздами, кучей газа, молекулярных облаков и, конечно, самой сверхмассивной чёрной дырой. Протяжённость его вдоль плоскости Галактики — около 300 парсек, а толщина — всего около 90. Долгое время его свойства были известны лишь по инфракрасным наблюдениям. Увидеть его собственное рентгеновское излучение не получалось.
Суть проблемы была проста: центр засорён яркими точечными источниками. Их рентген-сигналы перекрывали слабое, но широкое свечение диска. Ранее инфракрасные обзоры рисовали ЦЗД по звёздной массе, а рентген-телескопы заходили другим путём — либо ловили яркие объекты, либо смотрели узкие поля. Нужно было сочетание чувствительности, широкого поля и аккуратной обработки данных. И вот за решение этой проблемы взялись учёные из Института космических исследований (ИКИ) РАН. Их главным инструментом стал телескоп ART-XC. Благодаря его уникальным характеристикам и методике широкоугольного, равномерного сканирования неба удалось собрать детальную карту центра Галактики в диапазоне энергий 4–12 килоэлектронвольт (кэВ).
Дальше началась научная рутина. Исследователи взяли полученную карту и начали методично вычитать из неё всё лишнее: исключили вклад ярких точечных источников, учли фон и систематику, затем смоделировали оставшееся распределение излучения в двух и трёх измерениях. После чистки выяснилось вот что: на карте проявилась протяжённая структура, которая по своей форме и размерам практически идеально совпала с ЦЗД, известным по ИК-наблюдениям. Это был успех. Впервые в истории астрофизики смогли выделить собственное, коллективное рентгеновское излучение всего диска.
Но что является его источником? Это не свет обычных звёзд. Учёные уверены, что это совокупное свечение десятков, а то и сотен тысяч слабых источников. Основными кандидатами на эту роль являются так называемые катаклизмические переменные — тесные двойные системы, где плотный белый карлик ворует вещество у своей звезды-соседки. Падающее на него вещество образует диск, который раскаляется до миллионов градусов и начинает мощно излучать в рентгене. Суммарная светимость ЦЗД, которую удалось измерить, составила гигантскую величину — около 6x10³⁶ эрг в секунду.
Но самое интересное открытие ждало впереди. Когда учёные сравнили полученную рентгеновскую карту с моделями распределения звёздной массы, всё сошлось. А затем они посчитали удельную рентгеновскую светимость — то есть, сколько рентгеновского излучения приходится на одну единицу массы звёзд. И тут выяснился поразительный факт. Удельная светимость Центрального звёздного диска оказалась почти в три раза выше, чем у «хребта Галактики» — то есть, в среднем по Млечному Пути. Получается, в самом центре Галактики всё образовывалось как-то иначе, рентгеновские источники там в среднем не такие, как везде. Возможно, по какой-то пока неясной причине, именно в этой области чаще образуются тесные двойные системы с белыми карликами, активно ворующими материю, или они там усиленно работают, или условие отбора и состава популяции другое. Чём именно состоит эта причина — теперь главный вопрос.
Все эти данные — не просто ещё одна научная статья. Открытие наших учёных уточняет энергетический и статистический баланс в центре: сколько энергии дают компактные объекты, сколько — горячая плазма, и как это влияет на среду вокруг Sgr A. А ещё теперь астрономы умеют лучше отделять фон от слабого протяжённого излучения, что открывает доступ к новым тестам популяций слабых источников. Всё это позволит более точно строить трёхмерные модели структуры нашей Галактики. И — самое главное — в анализе использована только часть данных ART-XC (калибровочные наблюдения 2019 и часть ранних обзоров); более глубокие карты 2022–2023 ещё в обработке. Так что стоит ожидать уточнений и, возможно, новых сюрпризов.