Исследование eROSITA выявило асимметрию температуры и формы нашего локального горячего пузыря

Трехмерная структура LHB с цветами, указывающими ее температуру. Две поверхности указывают на неопределенность измерения протяженности LHB: наиболее вероятная протяженность, скорее всего, лежит между ними. Расположение Солнца и сферы радиусом 100 парсек отмечено для сравнения. Автор: Michael Yeung / MPE

Наша солнечная система находится в среде с низкой плотностью, называемой Локальным горячим пузырем (LHB), заполненным разреженным горячим газом с температурой в миллионы градусов, излучающим в основном мягкие рентгеновские лучи. Группа ученых из Института внеземной физики Макса Планка (MPE) использовала данные eROSITA All-Sky Survey и обнаружила крупномасштабный температурный градиент в этом пузыре, возможно, связанный с прошлыми взрывами сверхновых, которые расширились и снова нагрели пузырь.

Богатство данных eROSITA также позволило команде создать новую 3D-модель горячего газа в окрестностях Солнца. Изюминкой этой работы является открытие нового межзвездного туннеля к созвездию Центавра, потенциально соединяющего нашу LHB с соседним сверхпузырем. Исследование опубликованов журнале Astronomy & Astrophysics.

Идея LHB существует уже около полувека, впервые она была разработана для объяснения повсеместного рентгеновского фона ниже 0,2 кэВ. Фотоны таких энергий не могут перемещаться слишком далеко в межзвездной среде, прежде чем они будут поглощены. В сочетании с наблюдением, что в нашем непосредственном окружении почти нет межзвездной пыли, был выдвинут сценарий, в котором плазма, испускающая мягкое рентгеновское излучение, вытесняет нейтральные материалы в окрестностях Солнца, образуя «локальный горячий пузырь».

Это понимание нашего непосредственного окружения не обошлось без проблем, особенно после открытия процесса обмена зарядом солнечного ветра в 1996 году — взаимодействия между ионами солнечного ветра и нейтральными атомами в геокороне Земли и гелиосфере, которая испускает рентгеновские лучи с энергиями, аналогичными LHB. После многих лет анализа консенсус теперь заключается в том, что оба вносят вклад в мягкий рентгеновский фон, и LHB должен существовать, чтобы объяснить наблюдения.

Телескоп eROSITA — первая рентгеновская обсерватория, которая наблюдает за небом с орбиты, полностью внешней по отношению к геокороне Земли, избегая ее загрязнения. Кроме того, время проведения первого обзора eROSITA All-Sky Survey (eRASS1) совпало с солнечным минимумом, что значительно снизило загрязнение гелиосферного солнечного ветра зарядовым обменом.

«Другими словами, данные eRASS1, опубликованные в этом году, обеспечивают самое четкое на сегодняшний день изображение рентгеновского неба, что делает их идеальным инструментом для изучения LHB», — говорит Майкл Йенг из MPE, ведущий автор этой работы.

3D-модель солнечного соседства. Цветовая полоса отображает температуру LHB, как она раскрашена на поверхности LHB. Направление Галактического центра (GC) и Галактического севера (N) показано в правом нижнем углу. Автор: Michael Yeung / MPE

Непревзойденные рентгеновские наблюдения eROSITA

Команда разделила западное галактическое полушарие примерно на 2000 регионов и извлекла и проанализировала спектры из каждого из них. Они также использовали данные с ROSAT, предшественника eROSITA, также созданного MPE, который дополняет спектры eROSITA при энергиях ниже 0,2 кэВ.

Они обнаружили четкую температурную дихотомию в LHB, при этом Галактический Юг (0,12 кэВ; 1,4 МК) немного горячее Галактического Севера (0,10 кэВ; 1,2 МК). Эту особенность можно объяснить последними численными симуляциями LHB, вызванными взрывами сверхновых за последние несколько миллионов лет.

Спектры диффузного рентгеновского фона информируют ученых не только о температуре, но и о трехмерной структуре горячего газа. Предыдущая работа той же группы установила, что плотность LHB относительно однородна, калибруя плотность горячего газа с помощью линий обзора гигантских молекулярных облаков, расположенных на поверхности LHB.

Опираясь на это предположение, они сгенерировали новую 3D-модель LHB из измеренной интенсивности излучения LHB в каждой линии визирования. Они обнаружили, что LHB имеет большую протяженность в направлении галактических полюсов, как и ожидалось, поскольку горячий газ предпочитает расширяться в направлении направлений наименьшего сопротивления, от галактического диска.

«Это неудивительно, поскольку это уже было обнаружено в ходе исследования ROSAT», — отметил Майкл Фрейберг, основной автор этой работы, который также был участником пионерской работы в эпоху ROSAT три десятилетия назад.

«Чего мы не знали, так это существования межзвездного туннеля к Центавру, который прорезает брешь в более холодной межзвездной среде (ISM). Эта область выделяется ярким рельефом благодаря значительно улучшенной чувствительности eROSITA и совершенно иной стратегии съемки по сравнению с ROSAT», — добавил Фрейберг.

Авторы этой работы предполагают, что туннель Центавра может быть всего лишь локальным примером более широкой сети горячего межзвездного пространства, поддерживаемой звездной обратной связью по всей галактике — популярная идея, предложенная в 70-х годах, которую по-прежнему трудно доказать.

Карта температур LHB в западном галактическом полушарии в зенитной равновеликой проекции. Высокоширотный регион в северном и южном полушариях демонстрирует четкую температурную дихотомию. Автор: Michael Yeung / MPE

3D-модель солнечного квартала

В дополнение к трехмерной модели LHB команда составила список известных остатков сверхновых, сверхпузырей и информацию о трехмерной пыли из литературы и создала интерактивную трехмерную модель солнечной окрестности.

Некоторые особенности LHB можно легко оценить по такому представлению, например, известный туннель Большого Пса на галактическом диске, возможно, соединяющий LHB с туманностью Гама или другим сверхпузырем (называемым GSH238+00+09), а также плотные молекулярные облака (оранжевого цвета), лежащие близко к поверхности LHB в направлении Галактического центра (GC).

Недавние работы показали, что эти облака обладают скоростями в радиальном направлении (от нас). Расположение и скорость облаков можно объяснить, если они образовались из конденсации выметенных материалов на ранней стадии формирования LHB.

Больше информации: Michael C. H. Yeung et al, The SRG/eROSITA diffuse soft X-ray background, Astronomy & Astrophysics (2024). DOI: 10.1051/0004-6361/202451045

Источник: Max Planck Society