Международной группе учёных из России, Китая и Тайваня удалось создать теоретическую модель, объясняющую сразу две загадки последних астрономических наблюдений.

В 2010 году астрономы, анализируя данные космического гамма-телескопа « Ферми », обнаружили две гигантские области гамма-излучения , растянувшиеся из галактического центра более чем на 20 тысяч световых лет над и под плоскостью нашей Галактики. Учёные назвали эти области, напоминающие воздушные шарики, «пузырями Ферми». Научное сообщество предложило несколько теорий , объясняющих происхождение пузырей Ферми, однако ни одна не была достаточно убедительной.

Недавно международная группа во главе с профессором Ченгом ( Kwong Sang Cheng ) из Университета Гонкога (Китай) опубликовала в Astrophysical Journal Letters статью, в которой предложила исчерпывающую модель образования этих структур. По её теории, пузыри формируются ударными волнами , которые ускоряют электроны до гигантских энергий.

Впрочем, остаётся вопрос, откуда берутся ударные волны. Их причина, утверждают авторы, лежит в самом сердце нашей галактики — это сверхмассивная чёрная дыра (СМЧД) Стрелец А * . Примерно раз в десять тысяч лет приливные силы СМЧД разрушают какую-нибудь несчастную звезду, оказавшуюся поблизости, при этом высвобождается огромная энергия, около 10 52 эрг, в виде протонов с энергией в 100 МэВ, нагревающих газ около СМЧД до температуры в 10 кэВ. Нагревание приводит к формированию ударной волны, которая распространяется в окружающей среде и постепенно затухает — к примеру, из-за ускорения электронов, что и обеспечивает наличие у пузырей Ферми чётких границ, которые было сложно объяснить в рамках других моделей. Периодичность же уничтожения звёзд чёрной дырой приводит к стационарности областей гамма-излучения.

Кроме того, модель позволяет объяснить ещё одну загадку астрофизики — необычное распределение космических лучей по энергиям.

Распределение космических лучей по энергиям. В области 10 15 эВ виден небольшой изгиб — «колено». (Иллюстрация авторов работы.)

Анализ данных со спутников показывает, что число лучей с энергией, превышающей 10 15 эВ, больше, чем это могут объяснить существующие теоретические модели возникновения лучей. Спектральная кривая в этой области энергий напоминает колено, отсюда и название проблемы.

Считается, что источниками космических лучей с энергией, меньшей 10 15 эВ, являются сверхновые . Авторы работы полагают, что часть этих космических лучей дополнительно ускоряется ударными волнами в пузырях Ферми. Таким образом, именно они и формируют избыток высокоэнергичных лучей в спектре.