Беспрецедентный взгляд на ядро нашей галактики

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array достигла своего самого амбициозного наблюдения: обширную мозаику Central Molecular Zone Млечного Пути, охватывающую более 650 световых лет. Изображение, описываемое как крупнейшее наблюдение ALMA когда-либо собранное, раскрывает скрытую химию и структуру области, окружающей сверхмассивную черную дыру нашей галактики в экстраординарных деталях.

Мозаика была собрана из множества отдельных наблюдений, собранных вместе, как космическая головоломка, чтобы создать вид, охватывающий небо шириной в три полных луна, поставленные рядом. Это первый случай, когда такой большой район галактического центра был обследован с точностью ALMA, и полученные данные уже дали пять опубликованных статей в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, с шестой на финальном этапе рецензирования.

«Впервые мы смогли увидеть полный объем молекулярных структур, питающих центр нашей галактики», — сказал Стив Лонгмор, профессор астрофизики в Liverpool John Moores University и руководитель ALMA Central Molecular Zone Exploration Survey (ACES). Набор данных был обнародован через ALMA Science Portal, позволяя исследователям по всему миру добывать открытия.

Холодные газовые нити и звездообразование

Наиболее визуально привлекательной особенностью мозаики является сложная сеть холодных молекулярных газовых нитей, протягивающихся через галактический центр. Эти нити, которые ранее наблюдались в меньших, фрагментарных исследованиях, раскрываются в полном объеме впервые. Они образуют паутинную структуру, которая направляет газ из внешних областей Central Molecular Zone в плотные сгустки, где рождаются новые звезды.

Понимание того, как газ течет через эти нити, имеет решающее значение для понимания звездообразования в центре Млечного Пути. Галактический центр — это совершенно иная среда, чем относительно спокойный район, где находится наша Солнечная система. Температуры выше, магнитные поля сильнее, и гравитационное влияние сверхмассивной черной дыры Sagittarius A* формирует динамику всего, что находится в пределах его досягаемости.

Несмотря на эти экстремальные условия, звезды действительно образуются в галактическом центре, хотя с темпами и через процессы, которые могут существенно отличаться от звездообразования в других частях галактики. Обследование ACES предоставляет данные, необходимые для детального картирования этих процессов, отслеживая, как холодный газ собирается, сжимается и в конечном итоге коллапсирует в новые звездные объекты.

Химическая сокровищница

Помимо физической структуры газовых нитей, обследование ALMA обнаружило десятки различных молекул по всему Central Molecular Zone. Химический инвентарь варьируется от простых соединений, таких как монооксид кремния, который отслеживает насильственные события, такие как ударные волны сверхновой, до сложных органических молекул, включая метанол, ацетон и этанол.

Присутствие этих сложных органических молекул в галактическом центре имеет значение для астрохимии. Хотя такие молекулы были обнаружены в меньших регионах раньше, обследование ACES впервые отображает их распределение по всему Central Molecular Zone. Это позволяет исследователям изучать, как химическая сложность варьируется в разных физических средах, от относительно спокойных внешних нитей до турбулентных областей рядом со сверхмассивной черной дырой.

Метанол, ацетон и этанол — все молекулы, которые играют роли в химических путях, ведущих к еще более сложным органическим соединениям. Их обилие в галактическом центре предполагает, что строительные блоки добиологической химии широко распространены даже в самых экстремальных средах, которые имеет наша галактика, открытие, которое имеет последствия для понимания химического происхождения жизни.

Технология, стоящая за наблюдением

ALMA, расположенная в пустыне Атакама в Чили на высоте примерно 5000 метров, является самым мощным телескопом в мире для наблюдения Вселенной на миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн. Эти длины волн невидимы для человеческого глаза и оптических телескопов, но идеальны для изучения холодного газа и пыли, сырья, из которого образуются звезды и планеты.

Галактический центр фактически невидим на оптических длинах волн, потому что густые облака межзвездной пыли блокируют видимый свет от прохождения. Однако при радиочастотах, которые наблюдает ALMA, эта пыль прозрачна, позволяя телескопу видеть сквозь затемняющий материал и раскрывать скрытые структуры и процессы.

Сборка мозаики была значительным техническим достижением. Поле зрения ALMA в любой данный момент относительно мало, поэтому обследование такой большой области, как Central Molecular Zone, требовало множество отдельных наведений, которые должны были быть тщательно откалиброваны и собраны вместе. Полученный набор данных огромный, содержащий информацию как о физической структуре, так и о химическом составе газа по всему изученному региону.

Что дальше

Ожидается, что обследование ACES будет генерировать открытия в течение многих лет. Общедоступный набор данных содержит гораздо больше информации, чем может проанализировать одна исследовательская группа, и команда явно разработала обследование в качестве коммунального ресурса. Исследователи по всему миру могут загружать данные и проводить собственные анализы, ища явления и закономерности, которые первоначальная команда могла не предусмотреть.

Ключевые исследователи Ashley Barnes и Katharina Immer из European Southern Observatory возглавляют усилия по каталогизации молекулярных видов, обнаруженных в обследовании, и отображению их пространственных распределений. Их работа, наряду с вкладами из более широкого астрономического сообщества, постепенно создаст полную картину физических и химических процессов, действующих в центре нашей галактики.

Для астрономов мозаика представляет как конец, так и начало. Это кульминация многолетних наблюдений и обработки данных, но это также начало новой эры исследования галактического центра. С полным объемом Central Molecular Zone, отображенным с разрешением ALMA, исследователи теперь могут задавать и отвечать на вопросы о ядре нашей галактики, которые ранее было невозможно решить.

Эта статья основана на отчетах Phys.org. Прочитайте оригинальную статью.