eROSITA finder store bobler i Mælkevejens glorie

Gigantiske varme gasstrukturer over og under den galaktiske skive skyldes sandsynligvis chokbølger genereret af tidligere energisk aktivitet i midten af ​​vores galakse.

Den første himmelundersøgelse udført af eROSITA røntgenteleskopet om bord på Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) observatoriet har afsløret en stor timeglasformet struktur i Mælkevejen. Disse "eROSITA bobler" viser en slående lighed med Fermi boblerne, opdaget for ti år siden ved endnu højere energier. Den mest sandsynlige forklaring på disse træk er en massiv energiindsprøjtning fra det galaktiske center i fortiden, fører til stød i vores galakses varme gashylster.

Astronomer har opdaget en bemærkelsesværdig ny funktion i det første undersøgelseskort over hele himlen produceret af eROSITA røntgenteleskopet på SRG:en enorm cirkulær struktur af varm gas under Mælkevejens plan, der optager det meste af den sydlige himmel. En lignende struktur på den nordlige himmel, den nordlige polarspore, " har været kendt i lang tid og var blevet anset for at være sporet af en gammel supernovaeksplosion. de nordlige og sydlige strukturer minder i stedet om et enkelt timeglasformet sæt bobler, der dukker op fra det galaktiske centrum.

"Takket være dens følsomhed, spektral og vinkelopløsning, eROSITA har været i stand til at kortlægge hele røntgenhimlen til en hidtil uset dybde, afslører den sydlige boble utvetydigt, " forklarer Michael Freyberg, en seniorforsker, der arbejder på eROSITA ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE). eROSITA scanner hele himlen hvert halve år, og dataene gør det muligt for forskerne at lede efter strukturer, der dækker en betydelig del af hele himlen.

Skarpe grænser

Den store røntgenstråleudsendelse observeret af eROSITA i dets mellemenergibånd (0,6-1,0 keV) viser, at boblernes iboende størrelse er adskillige kiloparsec (eller op til 50, 000 lysår) på tværs, næsten lige så stor som hele Mælkevejen. Disse 'eROSITA-bobler' viser slående morfologiske ligheder med de velkendte "Fermi-bobler" detekteret i gammastråler af Fermi-teleskopet, men er større og mere energiske.

"De skarpe grænser for disse bobler sporer sandsynligvis stød forårsaget af den massive injektion af energi fra den indre del af vores galakse ind i den galaktiske halo, " påpeger Peter Predehl, første forfatter til undersøgelsen nu offentliggjort i Nature. "En sådan forklaring er tidligere blevet foreslået for Fermi-boblerne, og nu med eROSITA er deres fulde omfang og morfologi blevet tydelig."

Denne opdagelse vil hjælpe astronomer til at forstå den kosmiske cyklus af stof i og omkring Mælkevejen, og andre galakser. Det meste af det almindelige (baryoniske) stof i universet er usynligt for vores øjne, med alle de stjerner og galakser, som vi observerer med optiske teleskoper, der udgør mindre end 10 % af dens samlede masse. Enorme mængder af uobserveret baryonisk stof forventes at opholde sig i spinkle haloer, der er viklet som kokoner rundt om galakserne og filamenterne mellem dem i det kosmiske net. Disse glorier er varme, med en temperatur på millioner af grader, og er således kun synlig med teleskoper, der er følsomme over for højenergistråling.

Enorm energifrigivelse

De bobler, der nu ses med eROSITA, sporer forstyrrelser i denne varme gaskonvolut omkring vores Mælkevej, forårsaget enten af ​​et udbrud af stjernedannelse eller af et udbrud fra det supermassive sorte hul i det galaktiske centrum. Mens den er i dvale nu, det sorte hul kunne godt have været aktivt i fortiden, forbinder det med aktive galaktiske kerner (AGN) med hurtigt voksende sorte huller set i fjerne galakser. I begge tilfælde, den nødvendige energi til at drive dannelsen af ​​disse enorme bobler må have været enorm ved 10^56 ergs, svarende til energifrigivelsen på 100, 000 supernovaer, og i lighed med estimater af AGN-udbrud.

"Arrene efter sådanne udbrud tager meget lang tid at hele i disse glorier, " tilføjer Andrea Merloni, eROSITA hovedefterforsker. "Forskere har ledt efter de gigantiske fingeraftryk af sådanne tidligere voldelige aktiviteter omkring mange galakser i fortiden." eROSITA boblerne giver nu stærk støtte til storskala interaktioner mellem galaksekernen og haloen omkring den, som er energiske nok til at forstyrre strukturen, energiindhold og kemisk berigelse af Mælkevejens cirkumgalaktiske medium.

"eROSITA er i øjeblikket ved at fuldføre den anden scanning af hele himlen, fordoble antallet af røntgenfotoner, der kommer fra de bobler, den har opdaget, " påpeger Rashid Sunyaev, Ledende videnskabsmand ved SRG-observatoriet i Rusland. "Vi har et enormt arbejde foran os, fordi eROSITA-dataene gør det muligt at udskille mange røntgenspektrallinjer udsendt af stærkt ioniseret gas. Det betyder, at døren er åben for at studere overfloden af ​​kemiske grundstoffer, graden af ​​deres ionisering, tætheden og temperaturen af ​​den udsendende gas i boblerne, og at identificere placeringen af ​​chokbølger og estimere karakteristiske tidsskalaer."

Instituttet for Astronomi og Astrofysik (IAAT) ved universitetet i Tübingen er en af ​​kerneinstitutionerne i det tyske eRosita-konsortium; det har været involveret i udviklingen af ​​teleskopets syv kameraer og andre aktiviteter før lancering, herunder vurdering af baggrunden i kredsløb og simuleringer af observatoriet i aktion. Siden starten af ​​undersøgelsen, videnskabsmænd fra Tübingen har arbejdet på analyse af dataene, efterhånden som de ankommer, med fokus på galaktiske objekter såsom ophobende neutronstjerner, sorte huller, supernova-rester, og, selvfølgelig, de nyopdagede eRosita bobler.

"Vi er kun lige begyndt at studere denne gigantiske struktur i detaljer, og der kommer mere lys, der bærer ekstra informationsstykker hver dag, efterhånden som undersøgelsen skrider frem. Snart vil vi være i stand til at undersøge de fysiske forhold i forskellige dele af boblerne. Det er kun noget. eRosita kan, og noget, der forhåbentlig vil give os mulighed for bedre at forstå nutiden og fortiden for vores egen galakse og for de andre galakser, hvor forskellige former for galaksens kerneaktivitet observeres, " siger Victor Doroshenko, seniorforsker ved IAAT. "Det, der overrasker mig mest ved denne struktur, er, hvor stor den er, og at det forblev ubemærket gennem det meste af vores historie. Det er fordi kun et røntgenbillede fra himmelen kunne afsløre en så stor struktur, og det er virkelig udfordrende og involverer enorme tekniske udfordringer, som ikke kunne overvindes før for nylig. Selv nu, projekter af denne skala kræver en fælles indsats fra mange institutioner og nationer, og jeg er glad for, at IAAT kan forblive konkurrencedygtig her, " tilføjer Doroshenko.

eROSITA røntgenteleskopet blev sendt ud i rummet ombord på Spektr-RG-missionen den 13. juli, 2019. Dets store opsamlingsområde og brede synsfelt er skræddersyet til en dyb all-sky undersøgelse i røntgenstråler. I løbet af seks måneder (december 2019—juni 2020) har SRG/eROSITA gennemført den første undersøgelse af hele himlen ved energier 0,2-8 keV, betydeligt dybere end den eneste eksisterende undersøgelse med et røntgen-billed-teleskop, udført af ROSAT i 1990 ved energier 0,1-2,4 keV.

En foreløbig analyse af himmelkortet fra den første eROSITA all-sky undersøgelse indikerer, at mere end en million røntgenpunktkilder og omkring 20.000 udvidede kilder er detekteret. Dette kan sammenlignes med, og kan faktisk overstige, det samlede antal røntgenkilder kendt før eROSITA. Omkring 80 % af punktkilderne er fjerne aktive galaktiske kerner (AGN), men der er også omkring 20 % koronalt aktive stjerner i Mælkevejen, inklusive omkring 150 planet-værtsstjerner.