Телескоп ART-XC позволил изучить центр Галактики в рентгеновских лучах

В центре нашей Галактики находится Млечный Путь — уникальная область неба, где сосредоточены самые разнообразные звёздные и газовые структуры. Его центральный звёздный диск образовался миллиарды лет назад и содержит в основном старое звёздное население, которое в видимом диапазоне сложно изучать из-за большого количества газа и пыли на луче зрения.

Рентгеновское изображение излучения протяженных звездных структур по данным телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского в диапазоне энергий 4-12 кэВ
Источник изображения Journal of High Energy Astrophysics

До сих пор свойства звёздного диска были известны главным образом по наблюдениям в инфракрасном диапазоне, где свет звёзд частично проходит сквозь облака межзвёздной пыли. Но можно посмотреть на этот же участок звёздного неба другим способом — рентгеновское излучение с энергиями более нескольких килоэлектронвольт способно пробиваться сквозь пыль и газ и даёт редкую возможность увидеть процессы, протекающие в самом центре Галактики.

Рентгеновские космические телескопы и раньше активно изучали область центрального звёздного диска, но до сих пор в этих наблюдениях собственное рентгеновское излучение ЦЗД не удавалось отделить от излучения других объектов, которые также находятся в центре Галактики.

Впервые выделить собственное рентгеновское излучение ЦЗД на фоне других структурных компонентов Галактики получилось с помощью телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского на борту обсерватории «Спектр-РГ» благодаря уникальным характеристикам инструмента и широкоугольному равномерному картографированию.

Достаточно сложной задачей для исследователей стала необходимость «вычесть» из данных наблюдений ART-XC «лишнее» излучение.

После тщательного удаления вклада от ярких точечных источников и фоновых помех на карте проявилась протяжённая структура, практически совпадающая по форме и размерам с диском, известным по инфракрасным наблюдениям. Её характерная толщина составляет около 90 парсек, а протяжённость вдоль плоскости Галактики — порядка 300 парсек.

Валентин Незабудкин, сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН

Из полученных данных стало понятно, что рентгеновское излучение центрального диска, скорее всего, является совокупным свечением десятков или даже сотен тысяч слабых источников, которые не видны по отдельности с расстояния в восемь килопарсек — столько отделяет нас от центральных областей Галактики. Стоит отметить, что таким же образом ранее была объяснена природа «рентгеновского хребта Галактики» — рентгеновского излучения, простирающегося вдоль всего Млечного Пути.

Так, стало понятно, что источником излучения центрального звёздного диска выступают не только обычные звёзды.

Основными кандидатами на роль таких слабых источников являются катаклизмические переменные — двойные системы, в которых вещество звезды-компаньона перетекает на белый карлик и нагревается до миллионов градусов. Их коллективное излучение может сформировать рентгеновский фон, близко повторяющий распределение звёздной массы.

Роман Кривонос, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела астрофизики высоких энергий ИКИ РАН

Рентгеновская карта центра Галактики, полученная по результатам анализа данных телескопа ART-XC, хорошо согласуется с моделями распределения звёздной массы, измеренными в инфракрасном излучении. Учёным впервые удалось построить трёхмерную модель распределения рентгеновского излучения и измерить суммарную светимость ЦЗД — около 6x1036 эрг/с.

Полученные данные помогают точнее определить вклад различных компонентов в рентгеновское излучение центральной области Галактики и отличить свечение слабых звёздных систем от излучения горячей плазмы, заполняющей межзвёздное пространство. Это важно как для понимания эволюции компактных объектов в ядре Млечного Пути, так и для построения моделей его структуры.

Александр Лутовинов, член-корреспондент РАН, заместитель директора ИКИ РАН, научный руководитель телескопа ART-XC им. М.Н. Павлинского