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
поглощения 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