隐藏在眼皮底下:研究人员发现从银河系延伸出的星系尺度气泡

一项对美国宇航局卫星公开数据的分析揭示了先前未见的巨大银河系结构


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一组天体物理学家发现了两个巨大的等离子体气泡,每个气泡都延伸数万光年,在银河系平面之上和之下发射高能辐射。研究人员在美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜公开发布的数据中发现了这些结构,该望远镜于 2008 年发射,用于研究极高能量光子的来源——即伽马射线,其频率高于 X 射线。

费米从其位于地球表面数百公里上空的轨道观测点,利用其大型区域望远镜(LAT)绘制了伽马射线源的位置。但是,伽马射线究竟来自哪里并不总是很清楚;费米视野的前景被宇宙射线撞击银河系盘中的尘埃等事件的发射所笼罩。为了更好地了解伽马射线环境,哈佛-史密森天体物理学中心的 道格拉斯·芬克拜纳及其同事仔细地减去了这些来源,其依据是显示宇宙尘埃位置的地图、银河系盘的模型以及已知的伽马射线发射源(例如其他星系中的活动黑洞)。

芬克拜纳在美国天文学会五月份的会议上接受采访时表示:“费米地图中有很多种发射——有一些是我们期望看到的,例如与尘埃相关的发射。”芬克拜纳在会议上展示了该研究的早期版本,该版本现已定稿并准备发表。芬克拜纳在采访中说:“但是后来我们看到了一些我们意想不到的东西。” “我们看到这些巨大的气泡延伸到银河系中心之上和之下。”这项与研究生孟苏和特雷西·斯拉特耶合著的研究将发表在《天体物理学杂志》上。(斯拉特耶现在在新泽西州普林斯顿的高等研究院工作。)

芬克拜纳将所谓的费米气泡的叶状形状比作泪滴或热气球。这两个气泡是对称的,每个气泡似乎都起源于银河系的中心,那里潜伏着一个质量相当于 400 万个太阳的黑洞。它们共同跨越的距离大约是银河系直径的一半。费米气泡的起源尚不清楚,但似乎是高能电子与普通光子碰撞,将其能量提升至伽马射线能量而引起的。落入银河系中心黑洞的物质可能会释放出大量能量,产生被热等离子体卷走的电子——最终产生伽马射线。

芬克拜纳说:“当物质落入那个黑洞时,你可以想象,它会造成一团糟。”“发生的事情之一是会喷射出非常高能的粒子,可能还会产生冲击波,并且你可能会看到物质的喷流从中喷出。”这些喷流可能会冲入银河系平面之上和之下的星际介质,形成发射伽马射线的气泡。

另一种可能性是最近在银河系内部发生的恒星形成爆发,可能发生在过去 1000 万年内。芬克拜纳说:“如果你有很多年轻的恒星在同一地点同时形成,它们会产生巨大的恒星风;其中一些会以超新星的形式爆炸——很多事情都会发生,它们会加热气体并导致气泡膨胀。”

研究人员发现了这两种提议解释的缺陷,但指出两者结合可能是原因。事实上,普林斯顿大学的天体物理学家 大卫·斯珀格尔(他没有参与这项研究)解释说,黑洞吸积和星爆可能是相关的。“我们在一些外部星系中看到的是,流入黑洞的物质也会产生星爆,”斯珀格尔说。

斯珀格尔指出,许多天体物理学工作都集中在滤除银河系结构的前景,以便观察遥远的宇宙。“对于大多数宇宙学家来说,我们的星系是一个巨大的障碍,”他说。“这是一个科学家眼中的前景和垃圾,却是另一位科学家研究领域的一个例子。”

从任务的公开数据中获取新发现有时会导致独立数据挖掘者与任务自身的科学家之间在解释上产生分歧。例如,芬克拜纳在 2003 年利用威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)的数据探测到银河系中心附近存在过量的微波发射雾霾,但尚未完全被斯珀格尔和 WMAP 团队的其他成员接受。

但是,费米团队似乎接受了这一新发现。“我们认为这项工作是一项重要发现,”费米大型区域望远镜的首席研究员、斯坦福大学天体物理学家彼得·米歇尔森表示。“道格的工作非常出色。”米歇尔森补充说,该研究强调了通过公开发布数据让更广泛的科学家群体参与的重要性,并指出任务团队正在进行自己的后续分析。“要弄清楚我们星系中这些令人难以置信的气泡的真正起源,仍然有很多有趣的工作要做,”米歇尔森说。

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