В центре Галактики нашли холодный ионизованный водород

Астрономы впервые наблюдали облако холодного и частично ионизованного водорода в области галактического центра. Существование среды с такими свойствами предполагалось ранее, но никогда не было зафиксировано. Из полученных данных следует, что вещество в этих облаках не находится в термодинамическом равновесии и получает энергию не в виде электромагнитных волн, что может объяснять невысокий темп звездообразования, пишут авторы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Ионизация — это процесс отрыва электрона от нейтрального атома, после чего он становится ионом. Иногда ионизацией также называют переход электронов на высоковозбужденные уровни энергии, близкие к отрыву от атома. Энергия ионизации зависит от силы взаимодействия в системе, поэтому меняется от элемента к элементу. Для ионизации атома наиболее распространенного элемента во Вселенной, водорода, необходимо передать энергию в 13,6 электронвольт. Эта энергия может быть получена при соударении с другими частицами — подходящей средней скоростью обладают частицы с температурой порядка 150 тысяч градусов.

Однако столь высокая температура требуется лишь для полной ионизации и только в условиях локального термодинамического равновесия, когда отдельные небольшие области среды можно рассматривать как однородные, а их состояния квазистационарными. В реальных астрофизических процессах термодинамическое равновесие может никогда не достигаться для сколь угодно малых масштабов, подходящих для статистического усреднения.

В работе под руководством Рэймонда Оонка (Raymond Oonk) из Лейденской обсерватории в Нидерландах описываются наблюдения области галактического центра в длинноволновой части радиодиапазона на частотах от 30 до 325 мегагерц при помощи установки EDA (Engineering Development Array) — прототипа сооружаемого массива радиотелескопов SKA (Square Kilometre Array), который станет крупнейшей подобной установкой на Земле.

Ученые смогли зафиксировать низкочастотные рекомбинационные линии, соответствующие переходам электронов между высоковозбужденными уровнями энергии, относительно близкими к полноценной ионизации. Такие линии позволяют определить многие параметры среды, такие как температуру и относительные концентрации веществ. Авторам удалось выделить множество линий водорода и углерода, которые появились при переходе между уровнями с главным квантовым числом в диапазоне около 300—600 на соседний или следующий после него. Были измерены как линии излучения, так и линии поглощения.

«Это открытие показывает, что необходимая для ионизации атома водорода энергия может проникать глубоко внутрь холодных облаков, — поясняет Оонк. — Такие холодные облака считаются местом рождения новых светил. Однако в нашей Галактике темп звездообразования очень низок, гораздо меньше, чем можно было бы наивно ожидать. Возможно, обнаруженная в нашей работе энергия играет роль стабилизатора холодных облаков, предотвращающего их коллапс и появление новых звезд».

Изученное облако должно находиться при температуре порядка 40 кельвин. Авторы пока не могут сказать, какой источник энергии ионизует водород в этой области, но это могут быть массивные частицы космических лучей, порожденные ударными волнами при взрывах сверхновых или черными дырами.

Ранее астрономы обнаружили в центре Галактики необычные объекты, похожие одновременно на облака газа и на звезды, «дымоходы» между центром Млечного Пути и пузырями Ферми, а также 12 черных дыр в окрестностях центра.

Тимур Кешелава