解开银河系巨大气泡起因之谜,源自中心黑洞能量喷发

银河盘面上下方延伸了称为费米气泡的巨大神秘结构,每个气泡直径达25,000光年。过去天文学家无法断定气泡起源,现在清华大学团队利用先进计算机模拟,证实了银河系2组巨大气泡—义罗西塔(eRosita)泡泡与费米(Fermi)泡泡,由260万年前银河系中心超大黑洞能量喷发所产生,也就是证明,银河黑洞“不久前”还很活跃。

2010年时,天文学家通过费米伽马射线望远镜发现银河系中心延伸出2个巨大伽马射线泡泡,以银河系盘面为中心上下对称,名为费米泡泡。当时天文界对于费米泡泡成因争论不休,一派认为是黑洞能量喷发造成,另一派则主张是超新星爆炸产生的星系风。

2019年,义罗西塔X射线望远镜(extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array)发射后,很快就观测到与费米泡泡形状相近,但更巨大、上下对称的2个泡泡,称为义罗西塔泡泡。

在意罗西塔气泡与费米气泡内,高能电子与低能光相互作用产生伽马射线,且内部高能粒子与震波目前仍以每秒1,500公里的速度向外扩张,但过去没有人知道这些电子来源,究竟这些气泡是恒星形成的残余物?银河系中心超大质量黑洞喷发的残余物?还是多种机制混合产生了它们?

清华大学天文研究所杨湘怡助理教授与美国密西根大学、威士康辛大学天文学家组成的跨国研究团队,于是将义罗西塔望远镜数据输入计算机进行流体力学模拟,发现与黑洞喷流的气体温度、密度变化相符,泡泡内圈是黑洞喷出高能粒子放出的伽马射线,外圈则是气体震波发布的X射线,由此证实银河系巨大气泡成因来自同一黑洞喷流事件。

杨湘怡解释,当银河系中心黑洞吸收1~10万倍太阳质量物质后,其实只有小部分被吃进连光都无法逃逸的区域,多数物质会被吐出来,与周围磁场相互作用后,以接近光速的速度向两侧喷发,也就是喷流。当这2股电浆喷流把银河系气体向外排开后便形成巨大泡泡,而银河系盘面布满恒星产生阻力,才会因此形成上下对称的蕈状泡泡。

该研究不只让我们更了解超大质量黑洞如何演化与相互作用,也代表银河系黑洞目前虽然处于休眠期,但更像是“沉睡的狮子”,因为它仅仅数百万年前才刚活跃喷发过。

新论文发布在《自然天文》(Nature Astronomy)期刊。

(首图来源:NASA)

发表评论