科學家觀測到銀河系氣體噴泉：延伸達5萬光年

SL888 · 發表於 2013-1-19 17:05:46

本帖最後由 Z370 於 2013-1-19 17:21 編輯

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銀河系中正在噴發的氣體“噴泉”(藍色區域)

之前研究中繪製的“銀河系噴泉”

天文學家近日探測到一種來自銀河系中心的神秘帶電粒子，其噴射規模巨大，在地球天空上的延伸寬度約三分之二。研究者稱這些粒子流帶有巨大的能量，但不會對人類造成影響。研究者還成功繪製了銀河系中心的氣體“噴泉”圖，充滿帶電粒子的氣體從“噴泉”中向外噴發。

氣體“噴泉”圖根據澳大利亞帕克斯(Parkes)射電望遠鏡的數據繪製而成。來自澳大利亞、美國、意大利和荷蘭的天文學家都觀測到了粒子噴射流。他們的發現刊於近日的《自然》雜誌上。

研究團隊的領導者，來自澳大利亞科學與工業研究組織的埃托雷‧卡雷蒂(Ettore Carretti)博士說：“這些噴射流蘊含著相當驚人的能量，相當於超新星爆發所產生能量的100萬倍。”不過科學家稱這些粒子流不會對地球和太陽系造成威脅。

粒子噴流的速度大約為1000公里每秒。“對於天文學家來說，這種速度也相當快，”卡雷蒂博士說，“它們並不是朝著地球的方向，而是在銀道面(銀河系的主平面)上下形成對稱的兩部分。地球距離銀道面中的銀河系中心有3萬光年之遙，它們不會威脅到我們。”氣體“噴泉”的長度延伸達5萬光年，相當於銀河系直徑的一半。從地球上看，“噴泉”在天空中延伸的範圍約為三分之二。

在此之前，美國WMAP衛星和普朗克太空望遠鏡都觀測到了與粒子噴射流對應的微波“陰霾”。而早在2010年，美國航空航天局的費米太空望遠鏡就探測到了伽馬射線散發的區域，當時這些區域被稱為“費米氣泡”。然而，這些探測都未能提供輻射來源的確切方位，而帕克斯望遠鏡則做到了這一點。

一個國際天文學團隊在最新一期《自然》期刊上發表報告說，他們觀測到銀河系中心存在一個巨大“能量噴泉”，散發著伽馬射線的大量氣體從那裡的超新星中噴發出來，其中的能量相當於１００萬個超新星爆發所產生能量的總和。

來自澳大利亞、美國、意大利、荷蘭的天文研究者共同觀測到這一現象。他們在報告中說，這個“能量噴泉”已存在一億多年，它主要從銀河系中心的超新星中噴射出來，而不是此前所猜測的黑洞。研究人員通過大型天文望遠鏡獲取的圖像顯示，這個“能量噴泉”分上下對稱的兩部分，每一部分都寬達１．３萬光年，兩部分相加的長度則達到５萬光年，其中的氣體以時速３６０萬公裡向外噴發。氣體中充滿帶電粒子，蘊涵著海量的磁場能量，這也是為什麼這些氣體會不斷散發伽馬射線。

美國喬治亞大學（University of Georgia）天文學家David Henley等人利用歐洲太空總署（ESA）XMM-牛頓（XMM-Newton）X射線觀測衛星收集資料，終於發現銀河系中有熾熱氣體會從銀河盤面流入銀暈，之後逐漸冷卻成雲，又再落回銀盤的過程，很可能是超新星爆炸造成的，此過程同時對於整個銀河系和銀河系中的星際介質（interstellar medium，ISM）演化有很重要的影響。

銀河系中的星際介質是個相當複雜的動態系統，有處在不同相位（phase）的氣體，密度、溫度各異。而熱氣體（hot gas）、暖氣體（warm gas）和冷氣體（cold gas）等各種不同相位的星際介質其實會相互影響，使恆星誕生區成形或消滅，因而成為決定銀河系中整個恆星形成歷史的關鍵。

然而，質量最大的恆星終其一生、甚至在生命終點以超新星爆炸結束一生時，都會釋放大量能量，因而對星際介質有極深的影響。如能瞭解星際介質的結構和動力，便能反過來推測銀河系中恆星形成的過程，以及一般螺旋星系的演化狀況。

其中，熱氣體相位的星際介質，密度非常低（每立方公分0.01以下），但溫度高達絕對溫度數百萬度，因而得以發出X射線。科學家在1970年代X射線天文學開始發展之後，才發現這些熱氣體ISM的存在；從那時開始，科學家慢慢瞭解熱氣體相位在ISM中有非常吃重的演出，因為它幾乎能直接追蹤恆星或超新星等天體注入ISM的能量走向與變化。

銀河系中熱氣噴泉可能是超新星爆發造成的。

超新星爆炸會加熱ISM，驅使熱氣體從銀盤流入銀暈，如同噴泉一樣，所以有「星系噴泉（galactic fountains）」之稱。星系噴泉使銀河系周圍都被熱氣體環繞，這種熱氣體暈在1990年代初期由ROSAT這顆X射線衛星首度觀測到，之後又在其他螺旋星系周圍觀測到類似的熱氣體暈。

當熱氣體從銀盤向上或向下注入銀暈，高度可達數千秒差距（pc，1pc=3.26光年），但溫度隨著發出輻射而逐漸冷卻；冷卻後的氣體會凝結成雲，並逐漸落回銀盤。整個氣體循環的動態過程將銀盤和銀暈結合在一起。電波天文觀測銀河系內的氫氣結果顯示：銀河系內的氫氣分布結構類似從銀盤冒出的超級氣泡；然而，天文學家無法在這些超級氣泡發現熱氣體的蹤跡，因為來自熱氣體的X射線都被銀盤附近的物質吸收了。

受限於XMM-牛頓衛星儀器的觀察波段，故XMM-牛頓觀察的是銀暈中的主要熱氣體，即高度游離的氧原子所發出的X射線輻射。而Henley等人根據銀暈中的X射線光譜觀測資料，以及各種不同理論模型的預測結果加以比較，試圖找出熱氣體來源。

比較的理論模型中，其中一個認為熱氣體是從星系以外的物質聚集而成；另一個認為是銀暈中所發生的超新星爆炸導致氣體加熱而成；第三個理論認為超新星爆炸提供了ISM氣體擾動的動力，並製造星系噴泉及其他特徵。Henley等人認為星系噴泉理論最符合所有觀測資料，因此雖然無法在銀盤附近直接觀測到熱氣體，但是利用這種方式，答案也已經呼之欲出了。

報告的主要作者澳大利亞天文學家埃托雷·卡雷蒂說，這一發現顯示，從銀河系中心到邊緣區域，存在大量流動的能量和強大磁場。這可能改變研究者對銀暈區域的認識。銀暈指包圍著銀河系主要可見物質、密度相對較低的扁球形銀河系區域。

“有些猜測說這是來自銀河系中心的黑洞，是一種像類星體一樣的爆發；也有的說這是來自恆星的能量，或者是新生的恆星，或者是超新星爆發的產物，”團隊成員，來自哈佛-史密森天體物理中心的詹尼‧貝爾納迪(Gianni Bernardi)博士說：“我們的觀測表明，這是來自恆星的能量。”事實上，這一噴射流已經在銀河系中心存在了超過一億年，無數的恆星在形成和消亡的過程中為其提供了源源不斷的動力。要確定這一點，關鍵是測定噴射流的磁場，而主要方法就是測定射線的極化性質。

這一新發現還有助於回答另一個天文學重要難題：銀河系的磁場如何產生，又是如何維持？來自銀河系中心的噴射流不僅帶有氣體和高能帶電粒子，還有很強的磁場。科學家推測，這些磁場在銀河系整個磁場的形成中扮演著重要的角色。

SL888 · 發表於 2013-1-19 17:14:58