Астрономи запропонували нове пояснення таємничої «Бульбашки Лебедя» — величезної хмари гамма-променів надвисокої енергії, що простягається по небу на тисячі світлових років. Хоча цю «бульбашку» зазвичай пов’язують із зоною зореутворення Лебідь X, у новому дослідженні стверджується, що випромінювання найвищої енергії більш логічно пояснюється існуванням мікроквазара.
Космічні прискорювачі частинок найвищих енергій
Протягом багатьох років астрономи намагалися з’ясувати, звідки в нашій Галактиці беруться космічні промені найвищих енергій — частинки, прискорені до енергій у квадрильйон електронвольт, або петаелектронвольт. Ці джерела називаються галактичними певатронами, і їх надзвичайно важко локалізувати. Певатронами можуть бути будь-які астрофізичні об’єкти, достатньо потужні, щоб прискорювати частинки до екстремальних енергій: залишки наднових, туманності пульсарних вітрів, зоряні скупчення або подвійні зоряні системи.
Прискорені частинки рухаються назовні й випромінюють гамма-промені надвисокої енергії щоразу, коли врешті-решт врізаються в навколишній газ — іноді на відстані від сотень до тисяч світлових років від свого справжнього джерела. Одна з найяскравіших гамма-структур на небі — «Бульбашка Лебедя» — вже давно пов’язувалася із сусіднім скупченням масивних молодих зір у зоні зореутворення Лебідь X, що розташована на відстані близько 4600 світлових років.
У дослідженні, про яке повідомляє сайт phys.org, команда астрономів під керівництвом Чжаодуна Ши з Китайського університету науки й технологій вивчає, чи не є мікроквазар тим самим певатроном, який створив «Бульбашку Лебедя».
Мікроквазар — це тип подвійної системи, що складається з компактного об’єкта (чорної діри або нейтронної зорі), який обертається навколо звичайного світила, причому компактний об’єкт забирає речовину зі свого супутника та випускає потужні струмені або вітри. Мікроквазар, про який йдеться, Лебідь X-3, розташований набагато далі, ніж зазвичай вважається, а саме — на відстані приблизно 31 600 світлових років. Період обертання системи становить 4,8 години.
Суперпеватрон
Ця гіпотеза набуває додаткової ваги завдяки окремому недавньому відкриттю LHAASO: було підтверджено, що Cygnus X-3 є першим суперпеватроном у Чумацькому Шляху, який прискорює частинки щонайменше до 30 ПеВ у синхронізації зі своєю 4,8-годинною орбітою — це є прямим доказом того, що екстремальне прискорення відбувається безпосередньо всередині самої подвійної системи.
Щоб перевірити свою гіпотезу, науковці створили модель, яка імітує Cygnus X-3 як безперервне джерело, що випромінює високоенергетичні протони у космос протягом сотень тисяч років. Коли ці частинки повільно поширюються крізь навколишній газ, вони час від часу стикаються з його атомами, утворюючи гамма-промені, які реєструються на Землі.
Зв’язок «Бульбашки Лебедя» з Cygnus X-3
Коли команда налаштувала модель на реалістичні фізичні параметри, вона успішно відтворила як загальну яскравість «Бульбашки Лебедя», так і характер зменшення цієї яскравості від центру до периферії. Вчені з’ясували, що Cygnus X-3 мав би спрямовувати лише від 1 % до 3 % своєї енергії на прискорення частинок, а швидкість поширення частинок, необхідна для узгодження з даними, добре збігалася з незалежними теоретичними прогнозами.
Якщо це підтвердиться, «Бульбашка Лебедя» приєднається до невеликої, але дедалі зростаючої групи гамма-променевих ореолів, які нещодавно пов’язали з мікроквазарами в інших частинах Галактики. Це унікальний випадок, коли астрономи можуть спостерігати як «прискорювач», так і ореол частинок, що утворився з його допомогою з плином часу. Наразі сучасні телескопи не мають достатньої роздільної здатності, щоб повністю відокремити сигнал Cygnus X-3 від вкладу зоряного скупчення, розташованого в тій самій ділянці неба; розрізнити ці джерела зможуть лише майбутні обсерваторії, які матимуть краще обладнання.
Дослідники роблять висновок, що майбутні телескопи, зокрема Масив черенковських телескопів (Cherenkov Telescope Array), ASTRI та пропонований Великий масив черенковських телескопів (Large Array of Cherenkov Telescopes), будуть достатньо чутливими, щоб належним чином перевірити, чи справді Лебідь X-3 є джерелом. Ці прилади нового покоління забезпечать набагато чіткіше та детальніше зображення гамма-променів найвищої енергії, ніж це можливо сьогодні.
