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哈勃测量银河系核心驱动的外向流速度

2015.1.5:当我们人类的最早祖先刚刚会直立行走的时候,在银河系的核心发生了一次剧烈的爆发,气体和其他喷出物以900千米/秒(200万英里/时)以上的高速抛向太空。大约200万年后的现在,天文学家目击了爆发的余辉——延伸到银河系盘面上下约3万光年的瓣状气体云。

本文观测效应的示意图,光谱图中的红色代表红移。大图:3.4MB,版权:NASA,ESA,研究者团队,下同。

这个庞大的结构,大约5年前在银河系核心方向通过γ射线探测发现。后续的X线和射电波段观测都证实了泡状特征。但是天文学家还需要借助美国宇航局(NASA)和欧洲空间局(ESA)合作的哈勃太空望远镜(HST),以首次测量这个神秘气泡的速度和组成。他们现在争取分析出被吹离星系的物质质量,这将让他们从多个互相竞争的方案中确定爆发的(正确)起因。

天文学家提出提出了双极泡的两种可能的起源:位于银河系核心的星暴现象或者是核心超级黑洞驱动的喷发(类似活动星系核的现象)。虽然天文学家早已看到过由带电粒子流组成的气体风,但它们都源自(遥远的)河外星系,而现在,他们拥有了独特的、近在眼前的、我们自己星系的爆发数据。

研究团队领队、马里兰州巴尔的摩市太空望远镜科研所(STScI)的安德鲁·福克斯(Andrew Fox)解释道:“当你观测河外星系时,因为距离过于遥远,核心外向流显得很小。但在银河系中,外流云泡离我们仅有2.5万光年。我们现在坐在最前排,能详细研究那些结构。我们能测量它有多大、覆盖了多大的太空。”

福克斯(Fox)团队的研究报告将发表在《天体物理学通讯期刊》上,并在华盛顿州西雅图市召开的第225期全美天文学大会上公布。

PDF插图,整个外向流在天空的大小比例,以及测定所用的类星体编号。

这个庞大的结构,被称为费米泡,最初由费米(Fermi)γ射线空间望远镜发现。探测到高能γ射线意味着星系核区域产生了抛射高速气体的暴力事件。为获得更多的信息,Fox团队借助哈勃太空望远镜的宇宙起源光谱仪(COS),观测位于北侧气泡后方的一颗遥远类星体。类星体的紫外辐射透过气泡,产生的吸收线就携带了气泡中物质的速度、化学组成和温度等信息,而紫外光谱只有COS能够获得(地球上因大气原因,不能获得中远紫外线光谱;太空中现在只有哈勃望远镜安装了紫外探测仪,译注)。

Fox团队的测量发现,靠近地球一侧的气体朝向地球运动,而远离我们那侧也离我们远去。COS的光谱分析表明,气体脱离星系核心的速度超过900km/s(远超银河系的脱离速度)。

报告合作者、同在STScI的Rongmon Bordoloi继续解说:“这正是我们想要的精确信息,假如它是双极外向流的话。这是我们获得的离我们最近的信息,让我们了解星系核心如何驱动外向流的气泡并激发它。”

COS还首次测量了被驱逐到气泡中的物质组成。COS发现了硅Si、碳C和铝Al的特征谱线,说明气体中富含必须在恒星内部产生的重元素,表示它是恒星诞生区的化石遗迹。

COS还测量了气体的温度,大约为9700℃(研究报告表述的是约1万K,K是热力学绝对温标,两者差273.15。译注),远远低于通常意义的超热等离子体(约为10万)。Fox接着说:“我们探测到了冷气体,可能它们是被热气体带出的星际气体。”

这是对20个发出的光经过或者恰好未经过费米泡的遥远类星体巡天的第一份报告——它们是研究此“气球”的探针。对完整样本的分析将告诉我们多少质量被抛出了。天文学家接着就能将它与其他各处暴力喷发(活动星系核等)产生的气泡进行比较,从而确定需要多少能量以驱动爆发,也许还能知道爆发事件的起源。

一种可能是:在银河系核心附近的狂暴的恒星形成活动产生了大量的超新星爆发,驱使气体外流。另一种可能是一颗或一群恒星落入了中央的超大质量黑洞产生的爆发;这时,加热到极高温的等离子体被喷到太空深处。因为与我们的星系相比,气泡的寿命很短,因此它可能在银河系历史上是一个间歇性的反复现象。无论它的触发机制是什么,很可能它的重现仅发生在超级黑洞吞噬高浓度物质的时候。

Fox继续说:“外向流看起来就像打嗝一样,一旦气体鼓胀就反复喷出物质,而我们只看到了最后一次。通过研究我们项目中其他类星体的光,我们可能探测到此前喷发的遗存。”

星系风在恒星诞生区普遍存在,比如著名的爆发星系M82,其核心区正在狂暴地形成恒星。Fox总结说:“看起来恒星诞生区与外向流的发生存在关系。虽然银河系当前一般以1~2颗稳健速度形成恒星,但在核心区恒星诞生的强度较高。”

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