Galaktikos centro radijo struktūra yra vietinė kilpa

Pažvelgus į Paukščių Tako radijo žemėlapį gali susidaryti įspūdis, kad iš centrinių sūkurų kyla kažkas stulbinančio, aukšta struktūra, arkuota tarsi kosminė antakė virš galaktikos centro. Keturiasdešimt metų ši „antakė" skatino astronomų diskusijas, spėliones ir konkurencingas kilmės hipotezes. Supernovos liekana? Juodosios skylės protrūkis? Reliktas iš galaktikos audringos jaunystės? Tiesa pasirodė ramiau ir arčiau.

Astronomė fizike Kathryn Kreckel ir jos komanda Heidelbergo universitete išnarpliojo ilgai trunkančią vadinamosios Galaktikos centro lobos mįslę. Jų straipsnis, paskelbtas žurnale Astronomija ir Astrofizika, rodo, kad ši garsioji radijo pažymėtina vieta nėra nei Galaktikos centre, nei primena klasikinę lobą. Iš tiesų tai uždara, artimesnėje priešplanėje esanti kilpa, burbulas maždaug už 6520 šviesmečių nuo Žemės. Staiga objektas sumažėja nuo milžiniško galaktikos paminklo iki kuklesnės, vietinės struktūros, maždaug 115 šviesmečių skersmens.

Galaktikos centras optiniu ir radijo spinduliavimu. 

Kaip kas, aiškiai matomas radijo vaizde, tapo klaidinančiu reikalu? Projekcija, dulkių uždanga ir tankios vaizdų eilutės. Žvelgdami link Galaktikos centro matome per tankiausią Paukščių Tako dalį: žvaigždes, molekulinius debesis ir įvairias spinduliavimo sluoksnius, susitelkusius vienoje regimoje kryptimi. Radijo žemėlapiuose apatinis burbulo kraštas susilieja su galaktikos plokštumos spinduliavimu, todėl uždara kilpa atrodo lyg plėstųsi į išorę. Mūsų perspektyva sukūrė iliuziją.

Lūžis įvyko pakeitus objekto tyrimo metodiką. Kreckel ir jos komanda naudojo duomenis iš SDSS‑V Local Volume Mapper, kuris žemėlapiuoja švytinčias dujas optiniame ir arti infraraudonųjų bangų ruožuose. Vienas žymeklis pasirodė lemiamas: jonizuota siera. Sieros linijos, skleidžiančios raudoną šviesą, prasiskverbia pro dulkes efektyviau nei mėlynesni spinduliai. Ten, kur radijas palikdavo neaiškumų, sieros švytėjimas atskleidė struktūrą. Sekcijos, kurios radijo šviesoje atrodė trūkstamos, tapo matomos, atskleisdamos kilpos tęstinumą ir padėdamos nustatyti, kiek tarp mūsų ir burbulo yra tarpžvaigždinio dulkių sluoksnio.

Jonizuotos sieros spinduliavimo žemėlapis. 

Atstumas čia labai svarbus. Jei kilpa būtų Galaktikos centre, maždaug už 26 000 šviesmečių, jos dydis ir energijos poreikiai reikštų katastrofišką kilmę, galimai susijusią su praeities aktyvumu centrinės supermasyvios juodosios skylės. Esant 6520 šviesmečių nuotoliui energijos poreikiai smarkiai sumažėja. Kreckel ir kolegos parodė, kad sieros spinduliavimo paveikta paraudimo (reddening) reikšmė atitinka trimačius dulkių žemėlapius, kurie vietą tvirtai priskiria priekyje esančiam regionui. Tai, ką anksčiau vadino Galaktikos centro loba, jie apibūdina kaip stipriai supainiotą kilpą.

Ką tada išgražė šį burbulą? Komanda randa įtikinamų panašumų su struktūromis, tokiomis kaip Barnardo kilpa Oriono žvaigždyne. Didelės žvaigždžių daigynų sritys gimdo masyvių žvaigždžių populiacijas, kurios gyvena trumpai ir žūsta garsiai. Jų vėjai ir supernovos išvalo ertmes aplinkinėse dujose ir dulkėse, sudarydami smūgio frontus, kurie suspaudžia gretimą materiją ir skatina naują žvaigždžių formavimąsi. Intensyvus ultravioletinis spinduliavimas iš karštų jaunuolių jonizuoja dujų korpusą, todėl burbulo kraštas švyti taip ryškiai, jog regimojoje padėtyje jis atrodo kaip žiedas, iš tikrųjų pažymėdamas trimačio burbulo ribą.

Viduje naujai nustatytos kilpos vandenilio dujos švyti dėl stipraus ultravioletinio apšvietimo. Specifinė jonizuotos sieros ženklų visuma padėjo autoriams įvertinti tiek jonizacijos būklę, tiek užtemimo kiekį palei regimąją kryptį. Jie dar nenustatė tikslių žvaigždžių kaltininkų, tačiau surinkti duomenys rodo, kad tai galėjo būti ankstesnės masyvių žvaigždžių kartos toje pačioje srityje – jos gimė, gyveno trumpai ir greičiausiai sprogo, palikdamos išskaptuotą, šviečiančią lukštą.

Vaizdai, rodantys vandenilio alfa spinduliavimą ir jonizuotą sierą.

Dydžių palyginimai padeda suprasti vaizdą. Maždaug 115 šviesmečių skersmens kilpa yra mažesnė už Barnardo kilpą, tačiau panaši skale ir morfologija rodo bendrą formavimosi mechanizmą: susitelkusios masyvios žvaigždės, vėjai ir supernovos, o vėliau išvalyto korpuso jonizacija. Šis bruožas išsiskiria radijo stebėjimuose, tačiau optinė ir infraraudonoji perspektyva pagaliau pateikė trūkstamus duomenis.

Tai įdomus astrofizikinis apgaulės triukas. Paukščių Takas slepia savo architektūrą po spinduliavimo ir slopinimo sluoksniais. Net gerai ištirtose srityse priešplaninės ir tolimesnės struktūros gali viena kitą imituoti. Tai, ką anksčiau laikė milžiniška loba, susieta su galaktikos branduoliu, dabar skaitoma kaip artimoje priešplanėje esantis burbulas – priminimas, kad astronomijoje vyrauja perspektyva. Mes žemėlapiame ne tik erdvę, bet ir savo vietą joje.

Dar yra ką nuveikti. Reikia identifikuoti žvaigždes, kurios apšvietė burbulą. Sukurti jo kinematikos modelį. Palyginti su panašiomis kilpomis visame Paukščių Take. Kiekvienas žingsnis nuvalo dar vieną galaktikos istorijos sluoksnį ir parodo, kaip spektriniai žymenys kartu su moderniais trimačiais dulkių žemėlapiais gali seną mįslę paversti artima, verta tęsti istorija.