Ученые объяснили асимметрию температуры галактического гало эффектом двигателя внутреннего сгорания

Ученые из Университета Гронингена под руководством профессора Филиппо Фратернали обнаружили, что южная половина галактического гало Млечного Пути теплее северной из-за гравитационного воздействия Большого Магелланова Облака, которое сжимает газ подобно поршню в двигателе внутреннего сгорания. Исследование, опубликованное в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, подтверждает данные, полученные в 2024 году рентгеновской обсерваторией eROSITA, и объясняет давнюю асимметрию в распределении температуры вокруг нашей галактики.

Новое исследование проливает свет на природу загадочного перегрева в галактическом гало Млечного Пути, который окружает нашу галактику огромной сферой разреженного, но крайне горячего вещества. Ученые из Университета Гронингена установили, что причина кроется в гравитационном взаимодействии с соседней галактикой-спутником.

Согласно компьютерному моделированию, Большое Магелланово Облако, расположенное с южной стороны Млечного Пути, своей гравитацией притягивает нашу галактику, заставляя ее диск двигаться навстречу спутнику. Это движение приводит к эффекту сжатия газа в южной части гало, где он нагревается подобно тому, как сжимается и нагревается топливно-воздушная смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

Гало горячего газа представляет собой колоссальную структуру, чья масса оценивается примерно в 100 миллиардов масс Солнца, что превышает массу всех звезд и газа в самом галактическом диске. При стандартной температуре около 2 миллионов градусов Кельвина этот газ служит строительным материалом для формирования более холодного диска, в котором расположены звезды, включая наше Солнце.

Однако измерения, проведенные в 2024 году обсерваторией eROSITA, выявили странную аномалию: южная половина гало оказалась примерно на 12% горячее северной. Новое гидродинамическое моделирование, охватывающее период около миллиарда лет, показало, что холодный диск Млечного Пути движется в сторону Большого Магелланова Облака со скоростью около 40 километров в секунду, и в результате этого движения газ в нижней части гало сжимается, нагреваясь на 13–20 процентов.

Профессор Филиппо Фратернали, специалист по газовой динамике и эволюции галактик, отметил, что в ходе моделирования эффект потепления стал очевиден довольно быстро. «Нам потребовалось немного больше времени, прежде чем мы поняли, что здесь происходит, а именно: сжатие газа, как в поршне двигателя внутреннего сгорания, которое затем нагревается, делая южную сторону гало нашей Галактики более теплой», — пояснил он. Исследователи подчеркивают, что это открытие было сделано не случайно, а стало результатом анализа данных, которые изначально собирались для других целей. Моделирование, выполненное еще в 2019 году для объяснения движения газа в самих Магеллановых Облаках, уже содержало указания на температурную асимметрию, которая позже была подтверждена наблюдениями eROSITA.

Помимо объяснения разницы в температурах, полученные результаты помогают интерпретировать и другие асимметрии в строении Млечного Пути. Например, ученые давно заметили, что на северной стороне галактики наблюдается гораздо больше так называемых высокоскоростных облаков — сгустков относительно холодного газа, движущихся с аномально высокими скоростями. Как показало исследование, из-за сжатия и повышения давления газа на юге, на севере, напротив, создаются условия с более низким давлением окружающей среды, что значительно облегчает формирование и долгое существование таких облаков.

Соавтор исследования Эльза Старкенбург, доцент Университета Гронингена, обратила внимание на фундаментальный характер объяснения. «Наше объяснение температурной асимметрии, измеренной eROSITA, основано на простых и хорошо изученных физических процессах, которые мы наблюдаем, например, в двигателях внутреннего сгорания, — подчеркнула она. Это придает результату дополнительную элегантность».

Таким образом, гравитационное воздействие Большого Магелланова Облака выступает в роли космического поршня, сжимающего и нагревающего южную половину галактического гало, что делает его на 12% горячее северной. Это открытие не только разрешает недавно обнаруженную наблюдательную аномалию, но и демонстрирует, как взаимодействие с соседними галактиками напрямую влияет на физическое состояние разреженной газовой среды, окружающей Млечный Путь.

Подтверждение моделирования реальными данными eROSITA делает выводы ученых особенно надежными и показывает, что простые физические принципы, знакомые нам по земным технологиям, применимы и к пониманию сложных процессов в масштабах галактик.