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一組天體物理學家發現了兩個巨大的等離子體氣泡,每個氣泡都延伸數萬光年,在銀河系平面之上和之下發射高能輻射。研究人員在美國宇航局的費米伽馬射線太空望遠鏡公開發布的資料中發現了這些結構,該望遠鏡於 2008 年發射,用於研究極高能量光子的來源——即伽馬射線,其頻率高於 X 射線。
費米從其位於地球表面數百公里上空的軌道觀測點,利用其大型區域望遠鏡(LAT)繪製了伽馬射線源的位置。但是,伽馬射線究竟來自哪裡並不總是很清楚;費米視野的前景被宇宙射線撞擊銀河系盤中的塵埃等事件的發射所籠罩。為了更好地瞭解伽馬射線環境,哈佛-史密森天體物理學中心的 道格拉斯·芬克拜納及其同事仔細地減去了這些來源,其依據是顯示宇宙塵埃位置的地圖、銀河系盤的模型以及已知的伽馬射線發射源(例如其他星系中的活動黑洞)。
芬克拜納在美國天文學會五月份的會議上接受採訪時表示:“費米地圖中有很多種發射——有一些是我們期望看到的,例如與塵埃相關的發射。”芬克拜納在會議上展示了該研究的早期版本,該版本現已定稿並準備發表。芬克拜納在採訪中說:“但是後來我們看到了一些我們意想不到的東西。” “我們看到這些巨大的氣泡延伸到銀河系中心之上和之下。”這項與研究生孟蘇和特雷西·斯拉特耶合著的研究將發表在《天體物理學雜誌》上。(斯拉特耶現在在新澤西州普林斯頓的高等研究院工作。)
芬克拜納將所謂的費米氣泡的葉狀形狀比作淚滴或熱氣球。這兩個氣泡是對稱的,每個氣泡似乎都起源於銀河系的中心,那裡潛伏著一個質量相當於 400 萬個太陽的黑洞。它們共同跨越的距離大約是銀河系直徑的一半。費米氣泡的起源尚不清楚,但似乎是高能電子與普通光子碰撞,將其能量提升至伽馬射線能量而引起的。落入銀河系中心黑洞的物質可能會釋放出大量能量,產生被熱等離子體捲走的電子——最終產生伽馬射線。
芬克拜納說:“當物質落入那個黑洞時,你可以想象,它會造成一團糟。”“發生的事情之一是會噴射出非常高能的粒子,可能還會產生衝擊波,並且你可能會看到物質的噴流從中噴出。”這些噴流可能會衝入銀河系平面之上和之下的星際介質,形成發射伽馬射線的氣泡。
另一種可能性是最近在銀河系內部發生的恆星形成爆發,可能發生在過去 1000 萬年內。芬克拜納說:“如果你有很多年輕的恆星在同一地點同時形成,它們會產生巨大的恆星風;其中一些會以超新星的形式爆炸——很多事情都會發生,它們會加熱氣體並導致氣泡膨脹。”
研究人員發現了這兩種提議解釋的缺陷,但指出兩者結合可能是原因。事實上,普林斯頓大學的天體物理學家 大衛·斯珀格爾(他沒有參與這項研究)解釋說,黑洞吸積和星爆可能是相關的。“我們在一些外部星系中看到的是,流入黑洞的物質也會產生星爆,”斯珀格爾說。
斯珀格爾指出,許多天體物理學工作都集中在濾除銀河系結構的前景,以便觀察遙遠的宇宙。“對於大多數宇宙學家來說,我們的星系是一個巨大的障礙,”他說。“這是一個科學家眼中的前景和垃圾,卻是另一位科學家研究領域的一個例子。”
從任務的公開資料中獲取新發現有時會導致獨立資料探勘者與任務自身的科學家之間在解釋上產生分歧。例如,芬克拜納在 2003 年利用威爾金森微波各向異性探測器(WMAP)的資料探測到銀河系中心附近存在過量的微波發射霧霾,但尚未完全被斯珀格爾和 WMAP 團隊的其他成員接受。
但是,費米團隊似乎接受了這一新發現。“我們認為這項工作是一項重要發現,”費米大型區域望遠鏡的首席研究員、斯坦福大學天體物理學家彼得·米歇爾森表示。“道格的工作非常出色。”米歇爾森補充說,該研究強調了透過公開發布資料讓更廣泛的科學家群體參與的重要性,並指出任務團隊正在進行自己的後續分析。“要弄清楚我們星系中這些令人難以置信的氣泡的真正起源,仍然有很多有趣的工作要做,”米歇爾森說。