Светящийся шар, известный как "кокон", озадачил астрономов с момента его открытия в 2012 году.

Светящийся сгусток, известный как «кокон», который, похоже, находится внутри одного из огромных гамма-излучений из центра нашей галактики, называемых «пузырями Ферми», озадачивает астрономов с момента его обнаружения в 2012 году.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, астрономы, наблюдавшие явление, показали, что кокон вызван гамма-излучением, испускаемым быстро вращающимися экстремальными звездами, называемыми «миллисекундными пульсарами», расположенными в карликовой галактике Стрелец, которая вращается вокруг Млечного Пути. Хотя результаты проясняют загадку кокона, они также ставят крест на попытках поиска темной материи в любом гамма-излучении, которое она может испускать.

К счастью для жизни на Земле, наша атмосфера блокирует гамма-лучи. Это частицы света с энергией, более чем в миллион раз превышающей энергию фотонов, которые мы можем наблюдать глазами. Поскольку наш обзор с земли закрыт, ученые не имели представления о богатстве гамма-излучения до тех пор, пока в космос не были запущены приборы. Но, начиная со случайных открытий, сделанных спутниками Vela,которые были выведенными на орбиту в 1960-х годах для контроля за соблюдением запрета на ядерные испытания, это богатство раскрывается все больше и больше.

Самым современным гамма-прибором, работающим сегодня, является космический телескоп гамма-лучей Ферми, находящийся на орбите уже более десяти лет. Способность Ферми разрешать мелкие детали и обнаруживать слабые источники открыла ряд сюрпризов о нашем Млечном Пути и более широком космосе. Один из таких сюрпризов появился в 2010 году, вскоре после запуска Ферми: что-то в центре Млечного Пути надувает то, что выглядит как пара гигантских пузырей, излучающих гамма-лучи. Эти совершенно непредвиденные «пузыри Ферми» покрывают около 10% неба.

Главным подозреваемым источником пузырей является сверхмассивная черная дыра, обитающая в галактике. Этот гигант, в 4 миллиона раз массивнее Солнца, скрывается в галактическом ядре - области, из которой исходят пузыри.

Большинство галактик имеют в своих центрах такие гигантские черные дыры. В некоторых из них эти черные дыры активно поглощают материю. Питаясь таким образом, они одновременно извергают гигантские, извергающиеся «струи», видимые в электромагнитном спектре. Поэтому после обнаружения пузырей исследователи задались вопросом: можно ли найти «дымящийся пистолет», связывающий их со сверхмассивной черной дырой нашей Галактики? Вскоре появились предварительные доказательства: внутри каждого пузыря был намек на тонкую гамма-излучающую струю, направленную назад к галактическому центру.

Однако со временем и с получением дополнительных данных эта картина стала более туманной. Если в одном из пузырей струеподобная особенность была подтверждена, то в другом, похоже, джет испарился при тщательном изучении. Пузыри выглядели странно однобокими: один из них содержал вытянутое яркое пятно - «кокон» - без аналога в другом пузыре.

Недавняя работа в журнале Nature Astronomy представляет собой глубокое исследование природы «кокона». Примечательно, что эта структура не имеет никакого отношения к пузырям Ферми или, более того, и к сверхмассивной черной дыре Галактики.

Скорее, наблюдатели обнаружили, что «кокон» - это нечто совсем другое: гамма-лучи от карликовой галактики Стрелец, которая находится за южным пузырем, если смотреть с позиции Земли. Карлик Стрелец, названный так потому, что его небесное положение находится в созвездии Стрельца, является галактикой-спутником, вращающейся вокруг Млечного Пути. Она представляет собой остаток гораздо более крупной галактики, которую сильное гравитационное поле Млечного Пути буквально разорвало на части. Действительно, звезды, вырванные из карлика Стрельца, можно найти в «хвостах», которые обвивают все небо.

В Млечном Пути основным источником гамма-излучения являются высокоэнергетические частицы, называемые космическими лучами, которые сталкиваются с очень плотным газом между звездами. Однако этот процесс не может объяснить гамма-излучение, испускаемое карликом Стрельца. Он давно потерял свой газ в результате гравитационного преследования, которое увлекло за собой многие звезды.

Астрономы рассмотрели несколько вариантов, включая захватывающий вариант, что они являются признаком темной материи - невидимого вещества, известного только по гравитационному воздействию, которое, по их мнению, составляет большую часть Вселенной. К сожалению, форма кокона точно соответствует распределению видимых звезд, что исключает возможность происхождения темной материи. Так или иначе, звезды были ответственны за гамма-излучение. И все же: звезды карлика Стрельца старые и спокойные. Какой тогда источник среди такой популяции производит гамма-излучение?

Ученые убедились, что существует только одна возможность: быстро вращающиеся объекты, называемые «миллисекундными пульсарами». Это остатки определенных звезд, значительно более массивных, чем Солнце, которые также тесно вращаются вокруг другой звезды. При благоприятных обстоятельствах в таких бинарных системах образуется нейтронная звезда - объект, по массе примерно такой же, как Солнце, но в поперечнике всего около 20 км, - которая вращается сотни раз в секунду. Благодаря своему быстрому вращению и сильному магнитному полю, нейтронные звезды действуют как естественные ускорители частиц: они запускают в космос частицы с чрезвычайно высокой энергией. Эти частицы затем испускают гамма-лучи. Миллисекундные пульсары в карлике Стрельца и были конечным источником загадочного кокона.

Эти результаты проливают новый свет на миллисекундные пульсары как источники гамма-излучения в других старых звездных системах. В то же время они ставят крест на попытках найти доказательства существования темной материи с помощью наблюдений за другими галактиками-спутниками Млечного Пути; к сожалению, «фон» гамма-излучения от миллисекундных пульсаров в этих системах сильнее, чем предполагалось ранее. Таким образом, любой сигнал, который они производят, не может быть однозначно интерпретирован как сигнал темной материи. Охота за сигналами темной материи продолжается.