中科院：首次同时解释“费米气泡”和银河系中心的双锥形X射线！

费米伽马射线太空望远镜发现一对以银河系核心为中心的巨大伽马射线气泡，但这些所谓的“费米气泡”是如何产生的，这是一个谜。现在，中国科学院上海天文台的天文学家提出了一个新模型，首次同时解释了2003年发现的费米气泡和银心双锥形X射线结构的起源。根据这个模型，这两个结构本质上是相同的现象，是由大约500万年前人马座A*(SgrA*)超大质量黑洞发出的一对喷流驱动的前向激波造成。

费米气泡是两个巨大的气泡，充满了非常热的气体、宇宙射线和磁场。虽然肉眼看不到它们，但它们伽马射线发射中非常明亮。在伽马射线中，费米气泡的边缘形状看上去非常“锋利”，边缘与一种称为银河中心双锥X射线结构的X射线结构非常吻合，其研究发表在《天体物理学》期刊上。看到费米气泡的边缘与银河系中心双锥X射线结构非常相似，上海天文台研究人员意识到这些结构可能具有相同的起源。

此外，双锥X射线结构可以由银河系中心过去一次能量爆发驱动的热气冲击压缩薄壳自然解释。在以往“费米气泡”理论模型和计算机模拟中，提出了两个主要的竞争能量来源，即银河系中心的恒星形成和人马座A*超大质量黑洞。然而，在这两个模型中，费米气泡被解释为喷出气泡，而前向激波总是位于离费米气泡边缘很远的地方。换句话说，这些模型不能同时解释费米气泡和银心双锥X射线结构。

相比之下，这项研究中由中国科学院上海天文台天文学家郭福来和研究生张瑞宇提出的理论模型，首次用计算机模拟证明了费米气泡和银心双锥X射线结构是同一现象。在这个模型中，费米气泡边缘是由一对喷流驱动的前向激波，这些喷流来自大约500万年前的人马座A*超大质量黑洞。这个模型的一个好处是，费米气泡的能量和年龄可以很好地受到X射线观测确定。

这项研究所推断的费米气泡年龄也与紫外观测的一些高速云沿着许多视线朝向气泡区所得的年龄一致。新模型表明，超大质量黑洞在费米气泡事件期间注入的总能量，接近于大约2万颗超新星释放的总能量，人马座A*超大质量黑洞在这次事件中消耗的物质总量约为100个太阳质量。郭福来表示：我们在研究中发现的另一件非常有趣的事情是，如果气泡和双锥X射线结构具有相同的来源，它们不太可能是由恒星形成或黑洞风产生。

在银河系中心附近，双锥X射线结构的底面非常窄，而恒星形成或黑洞风产生的前向激波很容易传播到很远的距离，导致底面比观测到的要宽得多。相比之下，准直喷流沿喷流方向迅速地将大部分能量储存到很远的距离，自然导致激波前沿在银河系平面附近有一个狭窄的底座。

目前银河系中的超大质量黑洞非常安静，没有任何证据表明目前有任何喷流活动，但中国科学院上海天文台的研究有力地表明“大约500万年前，有一对强大的喷流从人马座A*超大质量黑洞发出，持续了大约100万年，并产生了今天仍然可以看到的巨大费米气泡。

博科园｜www.bokeyuan.net

博科园｜研究/来自：中国科学院上海天文台

研究发表期刊《天体物理学》

DOI: 10.3847/1538-4357/ab8bd0

博科园｜科学、科技、科研、科普

关注【博科园】看更多大美宇宙科学