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費米伽馬射線太空望遠鏡發現一對以銀河系核心為中心的巨大伽馬射線氣泡，但這些所謂的「費米氣泡」是如何產生的，這是一個謎。現在，中國科學院上海天文台的天文學家提出了一個新模型，首次同時解釋了2003年發現的費米氣泡和銀心雙錐形X射線結構的起源。根據這個模型，這兩個結構本質上是相同的現象，是由大約500萬年前人馬座A*(SgrA*)超大質量黑洞發出的一對噴流驅動的前向激波造成。
費米氣泡是兩個巨大的氣泡，充滿了非常熱的氣體、宇宙射線和磁場。雖然肉眼看不到它們，但它們伽馬射線發射中非常明亮。在伽馬射線中，費米氣泡的邊緣形狀看上去非常「鋒利」，邊緣與一種稱為銀河中心雙錐X射線結構的X射線結構非常吻合，其研究發表在《天體物理學》期刊上。看到費米氣泡的邊緣與銀河系中心雙錐X射線結構非常相似，上海天文台研究人員意識到這些結構可能具有相同的起源。
此外，雙錐X射線結構可以由銀河系中心過去一次能量爆發驅動的熱氣衝擊壓縮薄殼自然解釋。在以往「費米氣泡」理論模型和計算機模擬中，提出了兩個主要的競爭能量來源，即銀河系中心的恆星形成和人馬座A*超大質量黑洞。然而，在這兩個模型中，費米氣泡被解釋為噴出氣泡，而前向激波總是位於離費米氣泡邊緣很遠的地方。換句話說，這些模型不能同時解釋費米氣泡和銀心雙錐X射線結構。
相比之下，這項研究中由中國科學院上海天文台天文學家郭福來和研究生張瑞宇提出的理論模型，首次用計算機模擬證明了費米氣泡和銀心雙錐X射線結構是同一現象。在這個模型中，費米氣泡邊緣是由一對噴流驅動的前向激波，這些噴流來自大約500萬年前的人馬座A*超大質量黑洞。這個模型的一個好處是，費米氣泡的能量和年齡可以很好地受到X射線觀測確定。
這項研究所推斷的費米氣泡年齡也與紫外觀測的一些高速雲沿著許多視線朝向氣泡區所得的年齡一致。新模型表明，超大質量黑洞在費米氣泡事件期間注入的總能量，接近於大約2萬顆超新星釋放的總能量，人馬座A*超大質量黑洞在這次事件中消耗的物質總量約為100個太陽質量。郭福來表示：我們在研究中發現的另一件非常有趣的事情是，如果氣泡和雙錐X射線結構具有相同的來源，它們不太可能是由恆星形成或黑洞風產生。
在銀河系中心附近，雙錐X射線結構的底面非常窄，而恆星形成或黑洞風產生的前向激波很容易傳播到很遠的距離，導致底面比觀測到的要寬得多。相比之下，準直噴流沿噴流方向迅速地將大部分能量儲存到很遠的距離，自然導致激波前沿在銀河系平面附近有一個狹窄的底座。
目前銀河系中的超大質量黑洞非常安靜，沒有任何證據表明目前有任何噴流活動，但中國科學院上海天文台的研究有力地表明「大約500萬年前，有一對強大的噴流從人馬座A*超大質量黑洞發出，持續了大約100萬年，並產生了今天仍然可以看到的巨大費米氣泡。
博科園｜研究/來自：中國科學院上海天文台
研究發表期刊《天體物理學》
DOI: 10.3847/1538-4357/ab8bd0
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