道格拉斯·芬克拜納等天文學家利用一種新型望遠鏡發現了一個從銀河系中心向兩側展開的新結構，它向空間中延伸了數萬光年，形狀就像一對巨型氣泡。人們對銀河繫結構的認識再次被修改。
科學家們現在還不知道這個被稱為“費米氣泡”的結構到底是如何產生的，但它們似乎與發生在銀河系中心最深處的神秘過程相關。儘管發現“費米氣泡”的過程近乎偶然，但既然發現了它們，我們就要細緻地去研究它們的特性。對這種巨大的銀河系氣泡的研究將有望揭示關於銀河繫結構和演變的深層秘密。
基本介紹
- 中文名：費米氣泡
- 外文名：Milky Way Gamma/X-ray bubbles
微波迷霧
天文學家觀察到的一些現象似乎在暗示銀河系中心與人們之前構想的有所不同，但最初的暗示並不是來自伽馬射線，而是微波輻射。2003年，芬克拜納試圖使用威爾金森宇宙微波背景輻射各向異性探測器（WMAP）的數據來更好地研究宇宙起源。
天文學家只能從銀河系內觀察宇宙，並需要去除在銀河系內穿行的高能粒子（比如電子）發射的微波輻射信號。2003年時，人們已經對這些信號有了相當成熟的理解，但還是有一些信號無法解釋。芬克拜納將銀河系靠近核心的區域中無法被去除掉的信號稱作“微波迷霧”。
天文學家很快對這個來自銀河系中心的神秘信號提出了很多想法。科學家甚至認為認為這團“迷霧”是藏身已久的暗物質的信號。引力會把暗物質拉向星系中心。在銀河系中心這個暗物質相對密集的區域裡，暗物質粒子偶爾會發生碰撞，可能會產生一對正負電子。當這些帶電粒子遊走在銀河系中心紛亂無序的磁場中時，會發生同步輻射——帶電粒子改變運動軌跡時會釋放這種輻射。
有科學家認為的“微波迷霧”可能是由暗物質發射的同步輻射造成的。但如何才能判斷這一推論是否正確？研究人員想到，產生同步輻射的電子還會帶來一個附加結果，它們可能會與光子發生碰撞，從而使光子加速，達到極高能量，這一過程被稱為“逆康普頓散射”。
很快，科學家就達成了共識。如果“微波迷霧”是由高能電子（或許是暗物質湮滅的產物）產生的，那么我們應該能夠找到對應的、由同樣的電子產生的高能伽馬射線。研究人員隨之把目光投向費米伽馬射線空間望遠鏡——專門用於研究太空伽馬射線的設備。
2009年8月24日，研究人員向公眾發布了費米望遠鏡獲取到的數據。通過用原始數據繪製圖像，芬克拜納發現伽馬射線天圖中有一個暗弱的邊界，伽馬射線信號的強度在到達該邊界時急劇下降。在天文學中，明顯的邊界往往來自於非穩恆的天體發射的信號。如果伽馬射線信號確實是由暗物質產生，那就不應該出現明顯的邊界，而應該是隨著距離銀河系中心越來越遠，信號也慢慢變弱。
研究人員立即投入了緊張的研究分析工作中，試圖從數據中得到最精確的邊界形狀。數天后，研究人員發現這個信號並不是來自於暗物質。“氣泡”的概念出現了。他們在論文中描述了這個新發現的結構，並將其命名為“費米氣泡”。
“費米氣泡”製造者
儘管此前從未有人想到過該“氣泡”的存在，但這對處於銀河系中心、由高能宇宙射線組成並且跨度達到數萬光年的巨型“氣泡”其實並非那么令人震驚和不可理解。
很多星系都有“氣泡”狀結構。有些情況下，“氣泡”的起源可以追溯到大質量黑洞。星系中的物質落向黑洞時會開始旋轉，就像浴缸中的水流旋轉流走的樣子。由炙熱氣體和塵埃組成的漩渦會產生很強的磁場，向外噴射由高能輻射和高能宇宙射線粒子組成的噴流，從而產生類似的“氣泡”結構。
銀河系中心也有一個超大質量黑洞，但科學家從來沒有觀測到從黑洞中心噴射出強烈的輻射噴流，也就沒有直接證據來推斷“費米氣泡”是由這一過程產生的。
另一方面，在銀河系中心上方很遠的地方存在一個巨大的氣體雲——麥哲倫帶。如果曾有一個強大的噴流指向那裡，麥哲倫帶中的原子的電子會被剝離。當這些電子和原子核重新結合時，會產生所謂的“複合輻射”。大約一百萬年前，銀河系中心的黑洞的確發生過一次劇烈的物質吸積，在這一過程中產生了高能噴流以及紫外輻射，把麥哲倫帶中的電子從原子中剝離。“費米氣泡”可能就是在這一事件中產生的。
另一種解釋是，像臨近的M42星系一樣，“氣泡”結構是由星系核心處激烈的恆星形成過程導致的。質量越大的恆星，內部核燃料的消耗速度就越快。核燃料消耗殆盡時就會產生超新星，這時恆星核心坍縮，同時釋放出大量能量並把外層物質剝離，最後成為中子星或黑洞。眾多的超新星可以產生充滿高能粒子的星風，從銀河系中心“吹”出巨型“氣泡”。
