ALMA odkrył dowody na istnienie nowego typu cienkiej, włóknistej struktury zasilającej cykle wyczerpywania i uzupełniania materii.
Wirując przez centralną strefę Drogi Mlecznej, w burzliwym obszarze otaczającym supermasywną czarną dziurę w jądrze naszej Galaktyki, pył i gazy nieustannie wirują, podczas gdy energetyczne fale uderzeniowe rozchodzą się po całej Galaktyce. Międzynarodowy zespół astronomów korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wyostrzył naszą wiedzę na temat tego zjawiska o czynnik 100, odkrywając zaskakującą nową, włóknistą strukturę w tym tajemniczym regionie kosmosu.
Chociaż od dawna wiadomo, że Centralna Strefa Molekularna (CMZ) Galaktyki jest regionem wypełnionym wirującymi cząsteczkami pyłu i gazu, które przechodzą cykl formowania i niszczenia, mechanizm napędzający ten proces pozostawał nieuchwytny. Cząsteczki służą jako znaczniki różnych procesów zachodzących w obłokach molekularnych, a tlenek krzemu (SiO) jest szczególnie przydatny w wykrywaniu obecności fal uderzeniowych. Wykorzystując wysoką rozdzielczość i czułość ALMA do mapowania różnych linii widmowych w obłokach molekularnych w centrum Drogi Mlecznej, międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Kai Yang z Shanghai Jiao Tong University wyznaczył nowy typ długiej, wąskiej struktury nitkowatej w znacznie drobniejszej skali. Dynamiczna interakcja między tym zaburzonym środowiskiem a smukłymi włóknami wytwarzanymi przez wstrząsy zapewnia pełniejszy obraz cyklicznych procesów zachodzących w CMZ.
Kiedy sprawdziliśmy obrazy ALMA pokazujące wypływy, zauważyliśmy te długie i wąskie włókna przestrzennie odsunięte od jakichkolwiek regionów gwiazdotwórczych. W przeciwieństwie do jakichkolwiek znanych nam obiektów, te włókna naprawdę nas zaskoczyły. Od tego czasu zastanawiamy się, czym one są – powiedział Yang. Te smukłe włókna były nieoczekiwanym, przypadkowym znaleziskiem w liniach emisyjnych SiO i ośmiu innych cząsteczek. Ich prędkości w linii widzenia są spójne i niespójne z odpływami. W związku z tym nie pasują one do profilu innych, wcześniej odkrytych typów włókien gęstego gazu; co więcej, włókna nie wykazują związku z emisją pyłu i nie wydają się być w równowadze hydrostatycznej.
Nasze badania przyczyniają się do fascynującego krajobrazu centrum Galaktyki poprzez odkrycie tych smukłych włókien jako ważnej części cyrkulacji materii – powiedział Xing Lu, profesor badań w Shanghai Astronomical Observatory i autor korespondencyjny artykułu badawczego. Możemy je sobie wyobrazić jako kosmiczne tornada: są gwałtownymi strumieniami gazu, szybko się rozpraszają i skutecznie rozprowadzają materię w środowisku. Nadal nie wiadomo, w jaki sposób te cienkie włókna początkowo powstają, ale procesy uderzeniowe wyłaniają się jako prawdopodobne wyjaśnienie, donosi zespół Yanga. Wniosek ten opiera się na kilku kluczowych obserwacjach: przejściu rotacyjnym SiO 5-4 wyraźnie widocznym w obserwacjach ALMA, obecność maserów CH3OH oraz względnej obfitości złożonych cząsteczek organicznych w tych smukłych filamentach.
Wysoka rozdzielczość kątowa i niezwykła czułość ALMA były niezbędne do wykrycia tych emisji linii molekularnych związanych ze smukłymi włóknami i potwierdzenia, że nie ma związku między tymi strukturami a emisją pyłu – podkreślił Yichen Zhang, profesor na Uniwersytecie Shanghai Jiao Tong i autor korespondencyjny artykułu badawczego. Nasze odkrycie stanowi znaczący postęp, wykrywając te włókna w znacznie drobniejszej skali 0,01 parseka, aby oznaczyć powierzchnię roboczą tych wstrząsów.
To przełomowe odkrycie oferuje bardziej szczegółowy obraz dynamicznych procesów zachodzących w CMZ i sugeruje cykliczny proces cyrkulacji materii. Po pierwsze, wstrząsy działają jako mechanizm tworzenia smukłych włókien, uwalniają SiO i kilka złożonych cząsteczek organicznych, takich jak CH3OH, CH3CN i HC3N, do fazy gazowej i ośrodka międzygwiazdowego. Następnie smukłe włókna rozpraszają się, aby uzupełnić szeroko rozpowszechnioną materię uwolnioną w wyniku wstrząsu w CMZ. Na koniec cząsteczki zamarzają z powrotem w ziarna pyłu, co skutkuje równowagą między wyczerpaniem i uzupełnianiem. Zakładając, że smukłe włókna istnieją w całej CMZ tak obficie, jak w tej próbce, istniałaby cykliczna równowaga między wyczerpywaniem i uzupełnianiem.
SiO jest obecnie jedyną cząsteczką, która śledzi wyłącznie wstrząsy, a przejście rotacyjne SiO 5-4 jest wykrywalne tylko w regionach wstrząsów, które mają zarówno stosunkowo wysoką gęstość, jak i wysoką temperaturę. To sprawia, że jest to szczególnie cenne narzędzie do śledzenia procesów wywołanych wstrząsami w gęstych regionach CMZ – powiedział Yang. Mamy nadzieję, że przyszłe obserwacje ALMA obejmujące wiele przejść SiO i obserwacje spisowe obejmujące CMZ, w połączeniu z symulacjami numerycznymi, potwierdzą pochodzenie smukłych włókien, a także możliwość cyklicznych procesów w tym niezwykłym regionie Drogi Mlecznej.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
NRAO
