El mapa de todo el cielo SRG / eROSITA como una imagen de color falso (rojo para energías 0.3-0.6 keV, verde para 0.6-1.0 keV, azul para 1.0-2.3 keV). La imagen original, con una resolución de aproximadamente 12 ", se suavizó para generar la imagen de arriba. Crédito:Universidad de Tübingen
Es probable que las gigantescas estructuras de gas caliente por encima y por debajo del disco galáctico se deban a ondas de choque generadas por la actividad energética pasada en el centro de nuestra galaxia.
El primer estudio de todo el cielo realizado por el telescopio de rayos X eROSITA a bordo del observatorio Spektrum-Roentgen-Gamma (SRG) ha revelado una gran estructura en forma de reloj de arena en la Vía Láctea. Estas "burbujas eROSITA" muestran una sorprendente similitud con las burbujas de Fermi, detectado hace una década a energías aún más altas. La explicación más probable de estas características es una inyección de energía masiva del centro galáctico en el pasado, provocando choques en la envoltura de gas caliente de nuestra galaxia.
Los astrónomos han detectado una nueva característica notable en el primer mapa de estudio de todo el cielo producido por el telescopio de rayos X eROSITA en SRG:una enorme estructura circular de gas caliente debajo del plano de la Vía Láctea que ocupa la mayor parte del cielo austral. Una estructura similar en el cielo del norte, el "espolón del polo norte, "se conoce desde hace mucho tiempo y se pensaba que era el rastro de una antigua explosión de supernova. En conjunto, las estructuras norte y sur, en cambio, recuerdan a un solo conjunto de burbujas en forma de reloj de arena que emergen del centro galáctico.
"Gracias a su sensibilidad, resolución espectral y angular, eROSITA ha podido mapear todo el cielo de rayos X a una profundidad sin precedentes, revelando la burbuja del sur sin ambigüedades, "explica Michael Freyberg, un científico senior que trabaja en eROSITA en el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE). eROSITA escanea todo el cielo cada seis meses y los datos permiten a los científicos buscar estructuras que cubran una parte significativa de todo el cielo.
La eROSITA burbujea. En este mapa de colores falsos se resalta la emisión extendida a energías de 0.6-1.0 keV. Se eliminó la contribución de las fuentes puntuales y se ajustó la escala para mejorar las estructuras a gran escala en nuestra galaxia. Crédito:Universidad de Tübingen
Límites definidos
La emisión de rayos X a gran escala observada por eROSITA en su banda de energía media (0.6-1.0 keV) muestra que el tamaño intrínseco de las burbujas es de varios kiloparsecs (o hasta 50, 000 años luz) de ancho, casi tan grande como toda la Vía Láctea. Estas 'burbujas eROSITA' muestran sorprendentes similitudes morfológicas con las conocidas 'burbujas de Fermi' detectadas en rayos gamma por el telescopio Fermi, pero son más grandes y con más energía.
"Los límites marcados de estas burbujas probablemente trazan choques causados por la inyección masiva de energía desde la parte interior de nuestra galaxia al halo galáctico, "señala Peter Predehl, primer autor del estudio ahora publicado en Nature. "Esta explicación se ha sugerido previamente para las burbujas de Fermi, y ahora con eROSITA se ha hecho evidente toda su extensión y morfología ".
Este descubrimiento ayudará a los astrónomos a comprender el ciclo cósmico de la materia en y alrededor de la Vía Láctea. y otras galaxias. La mayor parte de la materia ordinaria (bariónica) del Universo es invisible a nuestros ojos, con todas las estrellas y galaxias que observamos con telescopios ópticos que comprenden menos del 10% de su masa total. Se espera que grandes cantidades de materia bariónica no observada residan en tenues halos envueltos como capullos alrededor de las galaxias y los filamentos entre ellas en la red cósmica. Estos halos son calientes con una temperatura de millones de grados, y, por tanto, solo visible con telescopios sensibles a la radiación de alta energía.
Vista esquemática de las burbujas eROSITA (amarillo) y Fermi (violeta). El disco galáctico está indicado con sus brazos espirales y la ubicación del Sistema Solar está marcada. Las burbujas de eROSITA son considerablemente más grandes que las de Fermi, lo que indica que estas estructuras son comparables en tamaño al de toda la galaxia. Crédito:Universidad de Tübingen
Gran liberación de energía
Las burbujas que ahora se ven con eROSITA trazan perturbaciones en esta envoltura de gas caliente alrededor de nuestra Vía Láctea, causado por un estallido de formación de estrellas o por un estallido del agujero negro supermasivo en el centro galáctico. Mientras dormido ahora, el agujero negro bien podría haber estado activo en el pasado, vinculándolo a núcleos galácticos activos (AGN) con agujeros negros de rápido crecimiento vistos en galaxias distantes. En cualquier caso, la energía necesaria para impulsar la formación de estas enormes burbujas debe haber sido enorme a 10 ^ 56 ergios, equivalente a la liberación de energía de 100, 000 supernovas, y similar a las estimaciones de arrebatos de AGN.
"Las cicatrices dejadas por estos arrebatos tardan mucho en sanar en estos halos, "añade Andrea Merloni, Investigador principal de eROSITA. "Los científicos han estado buscando las huellas dactilares gigantescas de esa actividad violenta del pasado alrededor de muchas galaxias en el pasado". Las burbujas de eROSITA ahora brindan un fuerte apoyo para interacciones a gran escala entre el núcleo de la galaxia y el halo que lo rodea, que son lo suficientemente enérgicos como para perturbar la estructura, contenido energético y enriquecimiento químico del medio circungaláctico de la Vía Láctea.
"eROSITA está completando actualmente el segundo escaneo de todo el cielo, duplicar el número de fotones de rayos X procedentes de las burbujas que ha descubierto, "señala Rashid Sunyaev, Científico principal del Observatorio SRG en Rusia. "Tenemos una enorme cantidad de trabajo por delante, porque los datos de eROSITA permiten distinguir muchas líneas espectrales de rayos X emitidas por gas altamente ionizado. Esto significa que la puerta está abierta para estudiar la abundancia de elementos químicos, el grado de su ionización, la densidad y temperatura del gas emisor en las burbujas, e identificar las ubicaciones de las ondas de choque y estimar escalas de tiempo características ".
Ilustración de las burbujas eRosita y Fermi (azul / verde y naranja respectivamente) de cómo podrían verse, si nuestra visión se extendiera más allá de la luz visible, y si Tubinga estuviera ubicada más cerca del ecuador. En realidad, solo la parte norte de las burbujas de eRosita está por encima de Tübingen. Crédito:Universidad de Tübingen
El Instituto de Astronomía y Astrofísica (IAAT) de la Universidad de Tübingen es una de las instituciones centrales del consorcio alemán eRosita; ha participado en el desarrollo de las siete cámaras del telescopio y otras actividades previas al lanzamiento, incluida la evaluación del fondo en órbita y las simulaciones del observatorio en acción. Desde el inicio de la encuesta, Los científicos de Tubinga han estado trabajando en el análisis de los datos a medida que llegan, centrándose en objetos galácticos como la acumulación de estrellas de neutrones, agujeros negros, restos de supernova, y, por supuesto, las burbujas de eRosita recién descubiertas.
"Recién estamos comenzando a estudiar esta gigantesca estructura en detalle y cada día llega más luz con bits adicionales de información a medida que avanza la encuesta. Pronto podremos sondear las condiciones físicas en varias partes de las burbujas. Eso es algo único eRosita puede hacer, y algo que con suerte nos permitirá comprender mejor el presente y el pasado de nuestra propia galaxia y de las otras galaxias donde se observan diversas formas de actividad del núcleo de la galaxia, "dice Victor Doroshenko, científico senior de la IAAT. "Lo que más me sorprende de esta estructura es lo vasta que es, y que pasó desapercibido durante la mayor parte de nuestra historia. Eso se debe a que solo una vista de rayos X de todo el cielo podría revelar una estructura tan grande, y eso es realmente desafiante e implica enormes desafíos técnicos que no se pudieron superar hasta hace poco. Incluso ahora, proyectos de esta escala requieren un esfuerzo conjunto de muchas instituciones y naciones, y estoy feliz de que IAAT pueda seguir siendo competitivo aquí, ", Añade Doroshenko.
El telescopio de rayos X eROSITA fue lanzado al espacio a bordo de la misión Spektr-RG el 13 de julio. 2019. Su gran área de recolección y su amplio campo de visión están diseñados para un estudio profundo de todo el cielo en rayos X. En el transcurso de seis meses (diciembre de 2019 a junio de 2020), SRG / eROSITA ha completado el primer estudio de todo el cielo a energías de 0,2 a 8 keV, significativamente más profundo que el único estudio de todo el cielo existente con un telescopio de imágenes de rayos X, realizado por ROSAT en 1990 a energías de 0,1-2,4 keV.
Un análisis preliminar del mapa del cielo del primer estudio de todo el cielo de eROSITA indica que se han detectado más de un millón de fuentes puntuales de rayos X y alrededor de 20.000 fuentes extendidas. Esto es comparable a, y de hecho puede exceder, el número total de fuentes de rayos X conocidas antes de eROSITA. Aproximadamente el 80% de las fuentes puntuales son núcleos galácticos activos distantes (AGN), pero también hay alrededor del 20% de estrellas coronalmente activas en la Vía Láctea, incluidas unas 150 estrellas que albergan planetas.
