銀河系盤面存在上下延伸5萬光年的巨大對稱氣泡

據(jù)國外媒體報道，幾十年以來，天文學(xué)家一直在爭議銀河系的神秘氣泡是近而小，還是遠(yuǎn)而大，目前最新X射線全天觀測數(shù)據(jù)表明，銀河系中心存在兩個高溫氣泡，其上下延伸大約5萬光年，比之前發(fā)現(xiàn)的費米氣泡更大。

德國馬克斯·普朗克地外物理研究所天體物理學(xué)家彼特·普雷德爾首次看到宇宙最熾熱天體地圖時，立即意識到神秘氣泡是銀河系一場大災(zāi)難之后形成的，一團(tuán)亮黃色云在銀河系中心盤面升起，向上延伸大約2萬多光年，同時，在銀河系中心盤面之下，還有一團(tuán)顏色較暗的孿生云，向下延伸大約2萬多光年。

普雷德爾說：“該氣泡結(jié)構(gòu)非常清晰，呈明顯的對稱狀，我們要做的就是進(jìn)行深入分析。”該項研究結(jié)果發(fā)表在2020年12月9日出版的《自然》雜志上，將一個幾十年前的想法從邊緣地帶引入主流理論當(dāng)中。

20世紀(jì)50年代，天文學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)一個噴射電波的弧狀結(jié)構(gòu)懸浮在銀道面之上（或者銀道面北側(cè)），此后幾十年時間里，這個“北銀極電波支（North Polar Spur）”開始變得有點像宇宙“羅夏墨跡測試”，部分研究人員觀測到相對距離較近的前恒星內(nèi)部分散結(jié)構(gòu)，部分研究人員認(rèn)為這是更大規(guī)模宇宙爆炸的證據(jù)。

這樣的爭議讓天文學(xué)家們十分困惑：凝視太空，卻無法深度洞悉宇宙謎團(tuán)，美國加州理工學(xué)院研究員考斯塔夫·達(dá)斯說：“目前我們能夠?qū)?D宇宙結(jié)構(gòu)繪制成2D地圖！”

幾十年以來，大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為“北銀極電波支”是銀河系附近區(qū)域，一些研究得出結(jié)論稱，它與附近的氣體云相連，其他人觀察到其背景恒星的扭曲狀況，并推斷它是超新星的殘留物——一團(tuán)塵霧標(biāo)志著死亡恒星的墓碑。

然而，日本東京大學(xué)天文學(xué)家Yoshiaki Sofue一直認(rèn)為，對于恒星碎片云而言，北銀極電波支看起來有點怪異，最終他將這條弧線想象成一個巨大的無形結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)橫跨銀河系中心的一對氣泡。他在1977年進(jìn)行了一項模擬實驗，模擬出數(shù)字化云層與北銀極電波支排成一線，此后他描述稱北銀極電波支實際是在銀道面上方盤旋，延伸數(shù)萬光年，這可能是數(shù)百萬年前銀河系一場災(zāi)難產(chǎn)生的膨脹沖擊波。

如果Yoshiaki Sofue是正確的，那么銀道面南側(cè)應(yīng)該也有一個對稱結(jié)構(gòu)，天文學(xué)家并未觀測到銀道面南側(cè)對應(yīng)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)天文學(xué)家也不相信。

2010年，費米太空望遠(yuǎn)鏡觀測到兩個巨大的垂體結(jié)構(gòu)，釋放出微弱的伽馬射線，兩個垂體結(jié)構(gòu)都距離銀河系中心大約2萬多光年，但由于伽馬射線太微弱，無法實時跟蹤北銀極電波支，但除此之外，它們看起來就像Yoshiaki Sofue所預(yù)測的星系等級大小的熱氣體云。天文學(xué)家開始思考：如果銀河系至少有一對氣泡，那么極電波支可能是第二組對稱結(jié)構(gòu)嗎？

日本早稻田大學(xué)天文學(xué)家Jun Kataoka說：“發(fā)現(xiàn)在費米氣泡之后，情況發(fā)生了戲劇性變化。”新的圖像進(jìn)一步鞏固了觀點的改變，該圖像是由eROSITA軌道X射線望遠(yuǎn)鏡拍攝的，eROSITA發(fā)射于2019年，用于跟蹤分析暗能量對星系團(tuán)產(chǎn)生的影響。2020年6月，eROSITA研究小組發(fā)布了一份初級地圖，是基于該望遠(yuǎn)鏡前6個月的觀測數(shù)據(jù)獲得的。

該地圖跟蹤分析X射線氣泡，其延伸大約4.5萬光年，吞噬了伽馬射線費米氣泡，這些X射線源自超高溫氣體（300萬～400萬攝氏度）以每秒300～400公里速度向外膨脹的過程中。而且正如Yoshiaki Sofue所預(yù)測的那樣，銀道面北側(cè)氣泡不僅與北銀極電波支完美對齊，其鏡像也非常明顯，可以看到銀道面南側(cè)氣泡結(jié)構(gòu)清晰地呈現(xiàn)出來，這與之前的模擬結(jié)果非常相似。

然而，對所有關(guān)于北銀極電波支觀測的完整解釋仍然很復(fù)雜，例如：附近的超新星殘骸可能偶然停在X射線氣泡的正前方。2020年9月，達(dá)斯和同事使用先進(jìn)設(shè)備對遙遠(yuǎn)恒星進(jìn)行觀測分析，發(fā)現(xiàn)450光年之外有一些塵埃，以銀河系作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，這是非常近的距離。

但是eROSITA望遠(yuǎn)鏡觀測到的蘑菇云結(jié)構(gòu)非常清晰明確，大約2000萬～1500萬年前，銀河系中心發(fā)生了爆炸，該時期地球上出現(xiàn)了鬣狗和黃鼠狼。普雷德爾參與eROSITA望遠(yuǎn)鏡研發(fā)設(shè)計25年時間，他說：“我認(rèn)為當(dāng)前科學(xué)家對銀河系神秘氣泡的爭議基本上已經(jīng)結(jié)束了。”

銀河系發(fā)生了怎樣的爆炸？

基于如此龐大、熾熱氣體云所需的能量，當(dāng)前有兩種可能性來源，一種可能性是，數(shù)萬顆恒星短時間內(nèi)誕生并發(fā)生爆炸，這與所謂的星暴星系現(xiàn)象十分相似，銀河系中心持續(xù)不斷地產(chǎn)生新的恒星、古老恒星陸續(xù)死亡，銀河系中心是高密度區(qū)域，不斷誕生新恒星，同時部分恒星也接近壽命終點，它們以超新星爆發(fā)的形式結(jié)束生命。最新觀測到的氣泡內(nèi)高溫氣體所含能量相當(dāng)于數(shù)萬顆超新星能量總和，相當(dāng)于大約2000萬年時間里，10萬顆超新星爆炸，意味著每200年僅爆發(fā)一顆超新星，事實上，但這些氣泡看上去相當(dāng)“純凈”，缺少爆炸恒星應(yīng)該布滿的“重原子彈片”，Jun Kataoka說：“這里的金屬豐度非常小，所以我不相信曾發(fā)生過星爆活動。”

另一種可能是位于星系中心的超大質(zhì)量黑洞，現(xiàn)如今這個相當(dāng)于太陽質(zhì)量400萬倍的龐然大物非常平靜，但如果曾有一大片氣體云距離黑洞很近，黑洞可能會像一盞聚光燈一樣被打開，它會吞噬途經(jīng)的氣體云，導(dǎo)致該氣體云沿著銀道面一切為二，氣體云會在銀道面上下延伸，使X射線氣泡或者費米氣泡發(fā)生膨脹。

天文學(xué)家曾觀測到其他星系也存在類似現(xiàn)象，沿著星系盤面上方和下方都有噴射流，目前他們想知道是什么原因?qū)е逻@些星系中心超大質(zhì)量黑洞比銀河系黑洞活動更劇烈，之前觀測的費米氣泡，以及現(xiàn)今觀測的eROSITA氣泡，兩者之間的差異主要取決于時間的變化。