Л.М. Топтунова

Особенности свечения пузырей Ферми

Пузыри Ферми были открыты в 2010 году после анализа данных гамма-телескопа Ферми, накопившихся за предыдущие два года работы телескопа. Пузыри простираются на 25 тысяч световых лет в обе стороны от центра нашей галактики, по форме напоминают восьмёрку и являются источником гамма-излучения. Вся небесная сфера также является источником гамма-излучения, которое рождается при столкновениях очень горячего межгалактического газа с межзвёздным газом галактики. Но спектр пузырей Ферми гораздо «жестче» (т.е. более высокоэнергетический), чем общий гамма-фон неба. Гамма-фон неба характеризуется энергией  порядка нескольких мегаэлектронвольт (МэВ), а энергия излучения пузырей Ферми находится в диапазоне 103–105 МэВ.  Края пузырей в гамма-излучении очерчены достаточно четко.

После того, как были открыты пузыри Ферми в гамма-диапазоне, было выполнено исследование их излучения в рентгеновском диапазоне космической обсерваторией ROSAT на энергии в 1,5 КэВ  (1,5·10‑3 МэВ). При этом выяснилось следующее. Края пузырей, удалённые от галактической плоскости лучше прослеживаются в гамма-излучении, а края пузырей, приближённые к галактической плоскости лучше прослеживаются в рентгеновском излучении (рис.1). Насколько можно судить по публикациям, появившимся к настоящему моменту времени, этот феномен ещё не нашёл объяснения.

«Восьмёрка» гамма-излучения в Млечном Пути (иллюстрация Goddard Space Flight Center).

Рис.1

Чтобы понять указанный феномен, нужно учесть, что при столкновении встречных потоков микрочастиц, имеющих околосветовые скорости, рождаются фотоны с энергией, пропорциональной  сумме кинетических энергий сталкивающихся частиц. Как было показано в работах «Космический адронный коллайдер» (http://astrogalaxy.ru/898.html) и «Космический адронный коллайдер и пузыри Ферми» (http://www.astrogalaxy.ru/902.html) такие встречные потоки наблюдаются в двух конических областях, идущих из центра галактики.  Поток частиц  к центру галактики образуется за счёт газа, аккрецирующего из межгалактического пространства на ядро галактики (рис. 2а),  а встречный поток образуется за счёт оттока плазмы, образующейся в аннигиляционном котле в центре галактики (рис 2b).

 

Рис.2

При столкновении частиц этих двух встречных околосветовых потоков рождается жёсткое гамма-излучение. Поэтому края пузырей, удалённые от галактической плоскости, лучше прослеживаются в гамма-излучении (рис.2с,  розовый цвет).

Но плазма, зарождающаяся при аннигиляции в центре галактики, может уходить из центра галактики по любым магнитным линиям, а не только по направлениям, лежащим в узких конических областях. Однако для потоков плазмы, уходящих по боковым направлениям, уже не будет встречных околосветовых потоков частиц. Потоки плазмы из центра галактики в этом случае будут просто взаимодействовать с хаотически движущимся межзвёздным газом и газом гало. Это приведёт к рождению менее энергичных фотонов, то есть к рентгеновскому излучению. Поэтому края пузырей, приближённые к галактической плоскости, будут лучше прослеживаются в рентгеновском диапазоне (рис.2с,  голубой цвет).