У хаотичному ядрі Чумацького Шляху астрономи виявили новий тип турбулентних структур.
Досліджуючи Центральну молекулярну зону (CMZ), що оточує надмасивну чорну діру галактики, науковці зафіксували довгі тонкі газові нитки поблизу потоків викидів матерії. Раніше в цій області вже знаходили філаменти, однак нові структури є унікальними й не схожі на жодні раніше відомі.
Після детального аналізу команда дослідників на чолі з Каем Яном із Шанхайського транспортного університету встановила, що ці ниткоподібні утворення представляють новий, досі невідомий механізм розсіювання газу в Центральній молекулярній зоні – своєрідні космічні торнадо.
«Коли ми переглядали зображення ALMA, що показують потоки викидів, ми помітили ці довгі й вузькі філаменти, які були просторово відокремлені від будь-яких областей зореутворення», – розповідає Ян. «Ці структури не схожі на жодні інші об’єкти, які ми знаємо, і нас це справді здивувало».
Центральна молекулярна зона: буремне середовище
CMZ – це область, насичена пиловими та молекулярними газовими хмарами, що оточує ядро Чумацького Шляху. Її розміри сягають 2000 світлових років, а щільність речовини тут дуже висока. Вона містить близько 80% усього щільного газу нашої галактики та 5% її молекулярного газу.
Через таку щільність зона є вкрай турбулентним середовищем, де газові хмари рухаються зі швидкістю до 100 км/с, стикаються, руйнуються та знову формуються. Точні механізми, що керують цими процесами, залишаються невідомими, але через високу щільність пилу досліджувати CMZ вкрай складно.
Щоб пролити світло на динамічні процеси, Ян і його команда скористалися потужним радіотелескопом ALMA в Чилі. Вони шукали сліди монооксиду кремнію – газу, що дозволяє відстежувати ударні хвилі в міжзоряному середовищі. Однак їхні спостереження виявили щось несподіване: дуже довгі й вузькі філаменти, які помітні в спектрі монооксиду кремнію й мають тоншу структуру, ніж будь-які раніше відомі філаменти в CMZ.
Космічні торнадо та їхня роль у циркуляції газу
Дослідники назвали ці утворення «тонкими філаментами» й детально проаналізували їх склад. Крім монооксиду кремнію, у них виявили складні органічні молекули: циклопропеніліден, формальдегід, ціаноацетилен, метанол, ізоціанову кислоту, сірчаний монооксид та ацетонітрил.
Також вчені виявили, що ці структури рухаються зі швидкостями, які не узгоджуються з іншими відомими філаментами в CMZ, і їхня динаміка підпорядковується турбулентному тиску. Це дозволило припустити, що вони подібні до торнадо або пилових вихорів і виконують аналогічну роль.
«Наше дослідження доповнює складну картину Галактичного Центру, відкриваючи ці тонкі філаменти як важливий елемент циркуляції матеріалу», – зазначає астроном Сінг Лу з Шанхайської астрономічної обсерваторії.
«Можна уявити їх як космічні торнадо: вони представляють собою потужні потоки газу, швидко розпадаються та ефективно перерозподіляють матерію в навколишнє середовище».
Вплив ударних хвиль на формування філаментів
Хоча точний механізм утворення тонких філаментів залишається невідомим, дослідники припускають, що ключову роль у їхній появі відіграють ударні хвилі. Колізії газових хмар у CMZ можуть спричиняти турбулентні потоки, що нагрівають складні молекули, переводячи їх у газову фазу, після чого вони викидаються в міжзоряний простір.
Згодом ці молекули охолоджуються та знову утворюють пил, поповнюючи резервуар матеріалу в CMZ та підтримуючи його хімічний склад. Якщо тонкі філаменти настільки ж поширені в Центральній молекулярній зоні, як показує досліджена вибірка, вони можуть відігравати значну роль у процесі перерозподілу матеріалу.
«Ми припускаємо, що ці тонкі філаменти утворюють окремий клас структур, відмінний від щільних газових філаментів, що спостерігаються в інших молекулярних хмарах», – зазначають автори дослідження.
«Їхнє руйнування протягом 10 000 років може збагачувати міжзоряний простір монооксидом кремнію та складними органічними молекулами, пояснюючи їхнє широке поширення в CMZ».
Дослідження опубліковане в журналі Astronomy & Astrophysics.
