Астрономы впервые обнаружили отток частиц из молодого массивного звёздного скопления

Международная группа астрономов впервые обнаружила свидетельства оттока частиц из молодого массивного звёздного скопления. Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications, основаны на данных космического гамма-телескопа Fermi и системы телескопов H.E.S.S.

Звёздное скопление Вестерлунд 1, снятое камерой ближнего инфракрасного диапазона телескопа «Джеймс Уэбб». Автор: ESA/Webb, NASA & CSA, M. Zamani (ESA/Webb), M. G. Guarcello (INAF-OAPA) и команда EWOCS.

Объектом изучения стало скопление Вестерлунд 1 — ближайшее, самое массивное и яркое молодое скопление в Млечном Пути, расположенное примерно в 13 000 световых лет от Земли. Такие скопления являются ускорителями космических лучей — высокоэнергетических частиц.

Ранее с помощью обсерватории H.E.S.S. вокруг Вестерлунда 1 была обнаружена кольцевая структура излучения в тераэлектронвольтном (ТэВ) диапазоне, которую интерпретировали как ускорение частиц на фронте ударной волны от звёздных ветров. Однако у этой структуры имелся необъяснённый «хвост».

Карта неба, показывающая новый источник гамма-излучения J1654–467 (GeV), связанный с оттоком от скопления Вестерлунд 1 (отмечено звездой). Автор: Mohrmann/MPIK.

Новый анализ данных телескопа Fermi позволил выявить источник гамма-излучения в гигаэлектронвольтном (ГэВ) диапазоне. Он оказался смещён примерно на 320 световых лет от ТэВ-кольца, как раз в направлении «хвоста».

«Поскольку ГэВ и ТэВ излучение плавно связаны по пространственному распределению и спектру, мы считаем, что у них общее происхождение», — объясняет первый автор исследования, профессор Марианна Лемуан-Гумар из Университета Бордо.

Изучение плотности межзвёздной среды в этой области показало дефицит газа, что указывает на наличие полости — оттока вещества, выталкиваемого скоплением из галактической плоскости.

«Это навело нас на мысль, что мы имеем дело с оттоком — материалом, который звёздное скопление выталкивает прочь от галактической плоскости, создавая полость в межзвёздной среде», — добавляет доктор Ларс Мохрманн, руководитель коллаборации H.E.S.S. и соавтор работы.

Моделирование показало, что гамма-излучение, скорее всего, порождается электронами космических лучей, ускоренными вблизи Вестерлунда 1. Высокоэнергетические электроны быстро теряют энергию, создавая ТэВ-излучение рядом со скоплением, а менее энергичные частицы переносятся вдоль формирующегося оттока и испускают ГэВ-излучение, которое регистрирует Fermi.

Схематическое изображение интерпретации измерений. Автор: Mohrmann/MPIK.

Учёные полагают, что этот «зарождающийся отток» в конечном итоге прорвётся за пределы галактического диска, открыв канал для транспортировки космических лучей в галактическое гало. Это первое прямое наблюдение такого процесса, который может быть ключевым для эволюции галактик.

Будущие наблюдения за другими молодыми массивными скоплениями, например, с помощью обсерватории Cherenkov Telescope Array, покажут, является ли отток из Вестерлунда 1 уникальным случаем или типичным сценарием.