Χρονομέτρηση του θερμού αερίου που αναβλύζει από τον πυρήνα του Milky Ways

Πολλοί γαλαξίες εκτοξεύουν υλικό από τους πυρήνες τους και το 2010 οι αστρονόμοι ανακάλυψαν έκπληκτοι ότι ο γαλαξίας μας ήταν ένας από αυτούς, δίνοντάς μας μια θέση στην πρώτη σειρά για το φαινόμενο. Χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi για να ανιχνεύσει δύο τεράστιους λοβούς αερίου που εκπέμπουν ακτίνες γάμμα που εκτείνονται πολύ πάνω και κάτω από το κέντρο του Γαλαξία. Τώρα, άλλοι αστρονόμοι έχουν μετρήσει την ταχύτητα αυτής της εκροής σε εργασία που μπορεί τελικά να λύσει το βασικό ερώτημα που τέθηκε από την ανακάλυψή του:Τι το προκάλεσε; Μια μαύρη τρύπα ή μια έκρηξη γέννησης αστεριών;

Οι λεγόμενες φυσαλίδες Fermi υψώνονται πάνω από 30.000 έτη φωτός πάνω και κάτω από το επίπεδο του γαλαξία. Υπάρχουν δύο κύριες θεωρίες για να τις εξηγήσουν. Ίσως υλικό να βυθίστηκε προς την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας και, στροβιλιζόμενος γύρω της, να δημιουργούσε ισχυρά μαγνητικά πεδία που εκτόξευσαν τεράστιους πίδακες αερίου, οι οποίοι παρήγαγαν τις φυσαλίδες Fermi. Ή ίσως το γαλαξιακό κέντρο της πόλης άστραφτε από ορδές νέων αστεριών - μια "αστρική έκρηξη" - των οποίων οι δυνατοί άνεμοι και οι εκρήξεις σουπερνόβα πετούν το υλικό μακριά.

Τώρα, ο αστρονόμος Andrew Fox του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble για να μετρήσουν πώς κινείται το αέριο που αποβάλλεται. «Για πρώτη φορά, καταλαβαίνουμε πραγματικά ποια είναι η ταχύτητα εκροής», λέει. Οι αστρονόμοι παρατήρησαν μια πολύ πιο μακρινή πηγή, ένα κβάζαρ στον αστερισμό Serpens με το όνομα PDS 456 που βρίσκεται πάνω από 2 δισεκατομμύρια έτη φωτός πίσω από τη βόρεια φυσαλίδα Fermi. Καθώς το φως του κβάζαρ περνά μέσα από τη φυσαλίδα Fermi, τα άτομα άνθρακα και πυριτίου στο αέριο απορροφούν ορισμένα μήκη κύματος υπεριώδους φωτός. Οι μετατοπίσεις Doppler αυτών των ατόμων υποδεικνύουν ότι κάποιο αέριο τρέχει προς το μέρος μας και κάποιο άλλο μακριά—ακριβώς το μοτίβο που θα πρέπει να δούμε εάν το υλικό εκτοξεύεται έξω από το γαλαξιακό κέντρο. Όπως θα αναφέρουν οι αστρονόμοι σε ένα επερχόμενο τεύχος του The Astrophysical Journal Letters , η ταχύτητα της εκροής είναι 900 έως 1000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Η μέτρηση της ταχύτητας είναι «ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός», λέει ο Douglas Finkbeiner του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ, ένας από τους αστρονόμους που ανακάλυψαν τις φυσαλίδες Fermi. Σύμφωνα με τον Dmitry Malyshev, έναν αστρονόμο στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ στο Πάλο Άλτο της Καλιφόρνια, "αυτή είναι η πρωτοποριακή εργασία" στη μελέτη των φυσαλίδων Fermi.

Η ταχύτητα αποκαλύπτει πότε ξεκίνησε η εκροή Fermi:2,5 εκατομμύρια έως 4,0 εκατομμύρια χρόνια πριν. Οι αστρονόμοι υπολόγισαν πρόσφατα την ηλικία των φυσαλίδων Fermi λιγότερο άμεσα, υποστηρίζοντας ότι ό,τι τις παρήγαγε ακτινοβολούσε επίσης ένα μακρύ σκέλος αερίου που χύνεται από δύο κοντινούς γαλαξίες. Η λάμψη αυτού του αερίου, που ονομάζεται Ρεύμα του Μαγγελάνου, υποδηλώνει ότι η έξαρση συνέβη πριν από 1 εκατομμύριο έως 3 εκατομμύρια χρόνια. Αλλά η χρήση αυτού του επιχειρήματος για να συμπεράνουμε την ηλικία των φυσαλίδων Fermi είναι πιο περιστασιακή, λέει ο Finkbeiner, ενώ η νέα εκτίμηση προέρχεται από τη διαίρεση της απόστασης με την ταχύτητα για να πάρει το χρόνο, κάτι τόσο απλό που μπορεί να το κάνει ένας μαθητής φυσικής γυμνασίου. "Το βλέπουμε αυτό ως καλό πράγμα", λέει η Fox.

Δυστυχώς, ούτε η ταχύτητα ούτε η ηλικία καθορίζουν πώς σχηματίστηκαν οι φυσαλίδες Fermi—είτε από δραστηριότητα μαύρης τρύπας είτε από έκρηξη αστεριών. Αλλά η ομάδα του Fox έχει ήδη χρησιμοποιήσει το Hubble για να παρατηρήσει περισσότερα από 20 επιπλέον κβάζαρ που βρίσκονται πίσω από άλλα μέρη των φυσαλίδων Fermi. Όταν αναλυθούν, αυτά τα δεδομένα θα πρέπει να αποδίδουν ταχύτητες σε όλες τις φυσαλίδες, οι οποίες μπορεί τελικά να αποκαλύψουν την προέλευσή τους.