銀河系中心的X射線煙囪狀結構到底是什麼?

銀河系中央附近擁有超大質量黑洞這一情況已經得到科學家的證實,與黑洞行爲相關的現象正在被科學家們所研究,但是仍然無法解釋這一神祕的現象。《自然》的最新一期文章說明了科學家對這一黑洞的最新研究成果,銀河系中心這個超大黑洞目前發射的電磁輻射是非常微熱的,但在過去可能要活躍得多。使用γ射線的觀測揭示了兩種巨大的結構,即位於銀河平面之上和之下的費米氣泡。集中在銀河系中心的超大質量黑洞上,這些氣泡充滿了高能粒子,它們以接近光速的速度運動,而這些粒子是幾百萬年前從銀河中心釋放出來的。X射線和射電觀測也顯示了來自銀河中心的一對小得多的外溢物質。

銀河系中心的X射線煙囪狀結構到底是什麼?

作者利用基於太空的XMM-牛頓望遠鏡和錢德拉望遠鏡所做的750多個小時的X射線觀測,獲得了我們銀河系中心區域的第一張詳細X射線地圖,面積約爲300×500 帕秒(1帕秒大約是3.26光年)。這張地圖揭示了兩個拉長的準線性結構,每一個長度約160帕秒,位於銀河系中心的超大質量黑洞之上和下方。龐蒂(Ponti)等人命名這兩個結構爲北部和南部銀河中心煙囪。

近幾十年來,越來越多的證據表明,物質和能量從銀河系中心的幾個部分流出,在各種更大的尺度上塑造了觀測到的銀河系結構。在15個帕秒尺度上,銀河中心有雙極葉片,在光譜2的X射線和射電望遠鏡都可以看到,這表明從中心垂直於銀河平面的廣泛的物質外流。在更大的尺度上,接近銀河系本身的大小,γ射線觀測揭示了所謂的“費米氣泡”特徵,這意味着我們的銀河中心已經有一段時間的活躍能量釋放導致相對論粒子的產生,這些粒子現在填充在銀河平面兩側的巨大空洞中。ROSAT全天測量的X射線圖顯示,這些靠近銀河平面的空洞的邊緣在X射線上是明亮的。在中等尺度上(約150帕秒),射電天文學望遠鏡觀測到了銀河中心葉,這是一個只能在原級星系維度上才能看到的明顯的發射氣泡,但再次表明從銀河中心附近注入能量。在這裏,科學家報告了在平面上下這些中間尺度(數百個帕秒)上的顯著X射線結構,這些結構似乎連接着銀河中心區域和費米氣泡。建議這些結構-科學家稱之爲銀河中心的“煙囪”-構成排氣通道,通過這些通道,由銀河中心一系列準連續的事件注入能量和質量,從銀河系的中心輸送到費米泡泡的底部。

銀河系中心的X射線煙囪狀結構到底是什麼?

北部和南部煙囪的相似之處表明,它們有一個共同的起源,很可能與銀河中心相連。煙囪似乎很好地封閉在沿銀河平面的方向上,在垂直範圍內有鋒利的邊緣。兩者都充滿了熱等離子體(溫度約爲800萬開爾文),其總光度約爲太陽的一百萬倍。

觀測到的溫度和光度符合這樣的觀點,即煙囪中的等離子體是由聚集在煙囪底部附近的大質量恆星爆炸時釋放的能量加熱的。然而,儘管等離子體填充較小的內葉也被超新星加熱,但新的X射線數據並不支持煙囪是內葉直接延續的觀點。更有可能的是,銀河中心的大質量恆星分佈不均勻,導致了單獨的外流:一個靠近超大質量黑洞的小恆星,以及煙囪底部的更大的恆星。

煙囪的形態表明,它們可能是煙囪底部超新星強有力的外流所挖出的通道。龐蒂和他的同事們認爲,煙囪可能會將能量從銀河中心的活躍區域輸送到費米泡泡。各種模型被用來估計產生和維持費米氣泡所需的功率,但是估計值相差幾個數量級。這些估算的下限來自於模型,其中費米氣泡是由銀河中心超新星爆炸過程中產生的宇宙射線(包括質子和更重的離子)形成的。在這個場景中所涉及的能量與觀察到的煙囪能量學是大致相同的。應該注意的是,觀測到的能量值處於煙囪產生的總能量的下限,因爲只有一小部分總能量將以X射線發射等離子體的形式沉積。

在這個由超新星驅動的場景中,超大質量黑洞只有一個次要角色。然而,中央星系區的形態也可能是在靠近黑洞的引力破壞恆星積累後產生的能量極強的爆發的結果。在這種情況下,煙囪可以促進物質和能量從黑洞傳播到銀河盤上方稀薄的低壓區域。7。黑洞也可能產生比觀測到的輻射能量高出數千倍的能量外流,就像其他一些星系的情況一樣。

煙囪的發現是我們對銀河系複雜的形成過程的另一塊拼圖方法。但仍有許多問題需要回答。目前,僅觀察到費米氣泡底部的部分區域。對整個區域的觀察將有助於澄清從煙囪發出的X射線是通過內葉的氣體流出的痕跡,還是來自於圍繞這些裂片的加熱氣體。我們還需要對煙囪所佔據的區域進行詳細的射電觀測,並對射電和X射線觀測所揭示的特徵進行比較,以幫助我們更好地瞭解從銀河中心到費米氣泡的能量傳輸。

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