文章介紹了一項(xiàng)用X射線對(duì)天空進(jìn)行的新調(diào)查揭示了銀河系中先前隱藏的結(jié)構(gòu)，并且對(duì)其進(jìn)行了解釋。

一項(xiàng)新的X射線勘測(cè)揭示了一個(gè)銀河系的隱藏結(jié)構(gòu) — 從銀河系中心向銀河平面上方和下方延伸出很遠(yuǎn)距離的巨大X射線氣泡。

這些X射線氣泡大到足以吞噬已知的伽馬射線費(fèi)米氣泡。由彼得·普雷德?tīng)栴I(lǐng)導(dǎo)的，來(lái)自德國(guó)馬克斯·普朗克地外物理研究所的天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示這兩種現(xiàn)象很可能在某種程度上存在聯(lián)系。

銀河平面上下的銀河系光環(huán)（銀暈）是尋找過(guò)去銀河系中心發(fā)生過(guò)的那些惡作劇證據(jù)的絕佳場(chǎng)所。因?yàn)榕c銀盤相比，銀暈的物質(zhì)密度非常低，因此，任何來(lái)自銀河系中心的能量活動(dòng)都可能以星際介質(zhì)中的激波和噴射物結(jié)構(gòu)的形式被探測(cè)到。

首先，讓我們來(lái)看看天文學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)及解釋費(fèi)米氣泡的。費(fèi)米氣泡于2010年時(shí)由費(fèi)米伽馬射線望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)充斥著熱空氣和發(fā)射著伽馬射線的磁場(chǎng)。費(fèi)米氣泡從銀河中心向外四周延伸了9個(gè)千秒差距(約為29354光年)，它的總長(zhǎng)共有18千帕秒。

這些氣泡被認(rèn)為是銀河系區(qū)域過(guò)去活動(dòng)的證據(jù)，盡管我們?nèi)匀徊恢肋@種活動(dòng)可能是什么。目前有兩種可能的猜測(cè)，一種可能是恒星爆發(fā)，即大量恒星的誕生;另一種可能是銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的爆發(fā)，盡管這個(gè)黑洞目前處于靜止?fàn)顟B(tài)，但當(dāng)活動(dòng)發(fā)生時(shí)它則處于更加活躍狀態(tài)。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)為科學(xué)家提供了有助于揭示費(fèi)米氣泡之謎的背景信息。

The Fermi bubbles (red) and the eROSITA bubbles (cyan). (Predehl et al., Nature, 2020) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 費(fèi)米氣泡(紅色)和伊洛西塔氣泡(青色)。(Predehl等人，《自然》雜志，2020年) 【eROSITA：extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array（使用成像望遠(yuǎn)鏡陣列進(jìn)行擴(kuò)展倫琴測(cè)量）】

這一結(jié)果來(lái)自于Spektr-RG太空天文臺(tái)（俄羅斯天文學(xué)天文臺(tái)）的x射線望遠(yuǎn)鏡eROSITA。它于2019年7月發(fā)射，任務(wù)是全天候地進(jìn)行x射線波長(zhǎng)深度巡天。憑借其不可思議的靈敏度，它拍攝到了其他儀器無(wú)法清晰識(shí)別的結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)非常巨大，從銀河系中心向兩邊延伸了14千秒差距(約45661光年)，這樣巨大的尺寸足以完全吞噬費(fèi)米氣泡。目前，盡管我們?nèi)匀徊恢肋@些氣泡產(chǎn)生的確切原因是什么，但Predehl和他的團(tuán)隊(duì)相信它們產(chǎn)生于同樣的事件。

“ROSAT”望遠(yuǎn)鏡是“eROSITA”望遠(yuǎn)鏡矩陣的前身，在由“ROSAT”拍攝到的觀測(cè)結(jié)果中X射線氣泡尤為有趣。雖然“ROSAT”的分辨率和靈敏度都相對(duì)較低，這種結(jié)構(gòu)只有部分是清晰可見(jiàn)的，但這一結(jié)果已經(jīng)足夠?qū)⑵渑c費(fèi)米氣泡聯(lián)系起來(lái)。“eROSITA”的拍攝結(jié)果則提供了使兩種結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系變得更加清晰的數(shù)據(jù)。

研究人員在他們的論文中寫道:“費(fèi)米氣泡和eROSITA望遠(yuǎn)鏡矩陣發(fā)現(xiàn)的大尺寸x射線輻射結(jié)構(gòu)顯示出顯著的形態(tài)相似性?！?/p>

“我們將eROSITA望遠(yuǎn)鏡矩陣拍攝到的結(jié)構(gòu)稱為‘eROSITA 氣泡’，我們認(rèn)為費(fèi)米氣泡和eROSITA氣泡在物理上是相關(guān)的，我們的這一發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)證實(shí)了這兩個(gè)結(jié)構(gòu)有共同起源的猜測(cè)?！?/p>

Fermi bubbles in purple, eROSITA bubbles in yellow. (Predehl et al., Nature, 2020) 圖中紫色的結(jié)構(gòu)是費(fèi)米氣泡，黃色的結(jié)構(gòu)是“eROSITA氣泡”。(Predehl等人，《自然》雜志，2020年)

即使它們可能存在一定聯(lián)系，費(fèi)米氣泡和eROSITA氣泡之間還是有一些不可忽視的區(qū)別。首先，費(fèi)米氣泡是橢圓形的，埃羅西塔氣泡看起來(lái)幾乎是球形的。

其次，研究人員表示，eROSITA氣泡比費(fèi)米氣泡要大得多，其大小可與銀盤相媲美。

研究人員們還觀察到eROSITA氣泡兩個(gè)突出的結(jié)構(gòu)，一是eROSITA氣泡的外邊界在x射線中非常明亮，這表明eROSITA氣泡邊界處的氣體比其周圍的氣體溫度更高。這與在銀河系光環(huán)（銀暈）中傳播的激波前沿是一致的，同時(shí)也與一種前向激波相關(guān)聯(lián)，這種前向激波被證實(shí)與形成氣泡的某種能量活動(dòng)的發(fā)生有關(guān)的。

二是eROSITA氣泡與被其包裹的費(fèi)米氣泡之間存在一道邊界結(jié)構(gòu)，研究團(tuán)隊(duì)將其解釋為接觸的不連續(xù)性-這道邊界將費(fèi)米氣泡外的激熱星際介質(zhì)與氣泡內(nèi)部的激流隔開。

由于膨脹eROSITA氣泡將需要吸收更多的能量，因此通過(guò)同一事件產(chǎn)生的eROSITA氣泡能夠限制費(fèi)米氣泡的持續(xù)膨脹。例如，星爆活動(dòng)可能使eROSITA氣泡膨脹，但氣泡恰好處于星爆活動(dòng)產(chǎn)生的能量極限。

另一方面，它們又處于活躍星系核的能量范圍內(nèi)，活躍星系核是一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，正在活躍地吸積物質(zhì)，并以噴射流和風(fēng)的形式產(chǎn)生強(qiáng)大的反饋流。同樣，與恒星形成相關(guān)的超新星活動(dòng)也能產(chǎn)生足夠的能量。

不管以何種方式，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)提供給我們一些有趣的新信息，比如，星系被認(rèn)為是通過(guò)冷卻等離子體的再凝聚而形成和增長(zhǎng)的，這些等離子體在暗物質(zhì)暈的坍縮過(guò)程中被加熱。eROSITA氣泡的存在是等離子體可以被再加熱的直接證據(jù)。

同時(shí)，我們也有了研究北銀極電波支（North Polar Spur）的新視角，北銀極電波支是一個(gè)在北方天空中熾熱且明亮的x射線氣泡。由于，一直以來(lái)都難以確定這個(gè)結(jié)構(gòu)距我們有多遠(yuǎn)，所以很難確定它的起源和相關(guān)性質(zhì)。

部分天文學(xué)家將其與相對(duì)距離較進(jìn)的超新星和恒星的誕生聯(lián)系在一起，也有天文學(xué)家認(rèn)為它可能與距離更遠(yuǎn)的來(lái)自銀河系中心的外流有關(guān)。研究小組的結(jié)果表明，它也可能與eROSITA氣泡有關(guān)。

使用x射線外的其他儀器，對(duì)這些巨大的結(jié)構(gòu)進(jìn)行更深入的、更近距離的觀察，可以幫助我們找到這些尚未明晰的問(wèn)題的答案。同時(shí)，也希望更多的科學(xué)觀測(cè)結(jié)果，能一如既往地引導(dǎo)我們進(jìn)入更深層次的研究。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《自然》雜志上。

BY: MICHELLE STARR

FY: 長(zhǎng)襪子賊

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