对银河系中心的X射线观测发现了充满热等离子体的烟囱状结构。这一发现可能揭示了能量是如何从这个中心区域传输到遥远的地方的。

我们银河系的中心有一个超大质量黑洞,目前它发出的电磁辐射非常微弱,但在过去可能更为活跃。对γ射线的观察揭示了两个巨大的结构,即位于银河行星1的上方和下方的费米气泡。这些气泡中充满了以接近光速运动的高能粒子,这些粒子是在几百万年前从星系中心释放出来的。在《自然》杂志上,Ponti等人2报道了X射线观测结果,揭示了连接银河系中心周围区域和费米气泡的烟囱状结构。

作者利用天基XMM牛顿望远镜和钱德拉望远镜进行了750多小时的X射线观测,获得了我们银河系中心区域的第一张详细的X射线图,该区域约为300×500秒。(为了进行比较,地球到银河系中心的距离约为8000秒。)这张地图显示了两个细长的准线性结构,每个结构的长度约为160秒,位于银河系中心的超大质量黑洞的上方和下方(图1)。庞蒂等。把这两个结构命名为银河系的南北中心烟囱。

图1星系烟囱和费米气泡。两个巨大的结构,被称为费米气泡,位于我们银河系1平面的上方和下方,并以银河系中心的超大质量黑洞为中心。气泡中充满了几百万年前从星系中心释放出来的高能粒子。X射线和射电观测也显示了一对更小的从星系中心流出物质的叶。Ponti等人2现在报告了X射线观测结果,发现了两个“烟囱”结构,它们似乎将内叶与费米气泡连接起来。

先前的X射线和无线电观测显示,在星系平面的上方和下方,有两个小的流出物质的裂片,大约有15个解析度。烟囱结构将这些裂片连接到费米气泡上,费米气泡从星系平面上方大约100秒处开始,占据一个接近星系本身大小的巨大区域。

北部和南部烟囱之间的相似性表明它们有共同的起源,很可能与银河系中心相连。 烟囱似乎在沿银河系平面的方向上受到很好的限制,并且在垂直范围内具有锋利的边缘。 两者都充满了热等离子体(温度约为800万开尔文),总光度大约是太阳的一百万倍。

观测到的温度和亮度与这样的观点一致:烟囱中的等离子体是由聚集在烟囱底部附近的大质量恒星爆炸时释放的能量加热的。然而,尽管充满较小的内叶的等离子体也被超新星加热,但新的X射线数据不支持烟囱是内叶的直接延续这一观点。更可能的是,银河系中心的大质量恒星分布不均匀,导致形成独立的流出:一个靠近超大质量黑洞的小的,和烟囱底部的大的。

烟囱的形态表明它们可能是由烟囱底部的超新星强大的流出物挖掘的通道。 Ponti及其同事提出,烟囱可能将能量从银河系中心的活跃区域输送到费米气泡。 已经使用各种模型来估计产生和维持费米气泡所需的功率,但估计值相差几个数量级。 这些估计的下限来自模型,其中费米气泡是由银河系中心超新星爆发期间产生的一群宇宙射线(由质子和重离子组成)产生的。 这种情景所涉及的能量与观察到的烟囱能量相同。 应该注意的是,观察到的能量值处于烟囱产生的总能量的下限,因为只有一小部分总能量将作为发射X射线的等离子体沉积。

在这个超新星驱动的情景中,超大质量黑洞只有次要角色。 然而,中心银河系区域的形态也可能是由于重力破坏的恒星在黑洞附近积累而产生的极度能量爆发。 在这种情况下,烟囱可以促进物质和能量从黑洞传播到银河盘上方的稀薄低压区域。 与其观测到的辐射相比,黑洞也可能产生高出数千倍的流出量,就像其他一些星系一样。

烟囱的发现是我们描绘的银河系复杂过程的另一个拼图。但仍有许多问题需要回答。目前,只观察到费米气泡底部区域的一部分。对整个这一区域的观察将有助于澄清烟囱的X射线辐射是通过内叶的气体流出的痕迹,还是来自叶周围的加热气体。我们还需要对烟囱所占区域进行详细的无线电观测,并对无线电和X射线观测所揭示的特征进行比较,以帮助我们更好地了解从星系中心到费米气泡的能量传输。