Астрофизики ИКИ РАН и ФТИ им. А. Ф. Иоффе открыли возможный механизм формирования гигантской туманности W50, которую еще называют Туманностью Ламантина. Внутри области пыли и газа размером в десятки парсек находится один из известнейших рентгеновских объектов Млечного Пути — микроквазар SS433.
Микроквазарами называют двойные звездные системы, в которых сверхновая переродилась в черную дыру и выкачивает материю из звезды-компаньона. Объект SS 433 образовался на месте взрыва сверхновой W50 в созвездии Орла, примерно в 18 000 световых годах от Земли. Это первый открытый микроквазар в истории науки, и он известен с 1970-х годов.
SS433 — уникальный объект, ведь это черная дыра в массивной двойной системе. Темп аккреции этой черной дыры, то есть приращения массы путем гравитационного притяжения материи со звезды-компаньона, в сотни раз превышает критические значения. Давление излучения при таком темпе аккреции становится настолько большим, что может формировать мощный «ветер» аккреционного диска. Таким образом, черная дыра не только отбирает у звезды-компаньона вещество, но и «разбрасывает» его.
В новой модели обсуждается, как воздействие такого ветра на окружающую межзвездную среду способно приводить к формированию гигантской туманности. Давно известно, что SS433 выбрасывает узкие струи вещества (джеты), скорость движения которых составляет примерно четверть от скорости света, а направление «ветра» строго периодически меняется во времени. До сих пор у ученых не было ответов на многочисленные вопросы о том, как происходят эти процессы. Оставался открытым и вопрос о том, как образовалась Туманность Ламантина, своей формой напоминающая морское млекопитающее.
Считалось, что разлетающаяся оболочка сверхновой создала квазисферическую часть туманности, то есть «туловище ламантина». Что касается «головы» и «хвоста» W50, то тут однозначного ответа не было. Российские астрофизики предложили свое объяснение.
При гигантском темпе аккреции на черную дыру большая часть вещества должна выбрасываться давлением излучения, формируя мощный ветер со скоростью в тысячи и десятки тысяч км/с. Ученые предположили, что этот ветер анизотропный, то есть не одинаковый в разных направлениях, и вся туманность W50 создана именно таким ветром. По их мнению, узкие джеты не оказывают большого влияют на формирование туманности. Там, где мощность ветра выше, туманность имеет более вытянутую форму.
Предположение позволяет объяснить и загадочные структуры внутри туманности, наблюдаемые на высоких энергиях. Они, вероятно, возникают в результате взаимодействия струй в самом ветре. Джеты обычно появляются вблизи сверхмассивных черных дыр, а также черных дыр звездных масс. Когда плотность вещества в струях становится много меньше плотности окружающего газа, возникают ударные волны, которые могут фокусировать струи и позволять им распространяться на большие расстояния.
Там, где реализуется режим очень быстрой аккреции на компактный объект, естественным образом могут возникать условия для эффективного ускорения частиц в анизотропном ветре. Заметная доля выделяемой аккреционной энергии конвертируется в космические лучи, а также запасается в горячем многофазном коконе внутри туманности. Полное энерговыделение на этом этапе жизни источника энергии оказывается даже больше, чем энергия взрыва «родительской» сверхновой, пишет пресс-служба ИКИ РАН.
Похожая ситуация могла возникать вокруг быстрорастущих массивных черных дыр на заре Вселенной, галактиках с экстремальными активностью ядра и темпом звездообразования в эпоху «Космического Полудня», когда возраст Вселенной составлял всего 2-3 млрд лет.