爆发于银河系的费米气泡,具有哪些特性和奇怪的反应?

爆发于银河系的费米气泡,具有哪些特性和奇怪的反应?

首页休闲益智巨型斑点更新时间:2024-04-30

作者:文/虞子期

在宇宙的所有星系中,作为棒旋星系的银河系,应该是我们最为熟悉的一个。其中包括了数以亿计的恒星、星云,乃至星际尘埃和气体等物质,而我们所生活的太阳系也位于这个空间里。呈现出扁球体、拥有巨大的盘面结构,是我们对银河系外观最深刻的印象,但你或许有所不知,早在2010年的时候,就有科学家通过费米大面积望远镜,发现了位于银河系中心的突出物质,并将其最终被命名为费米气泡。它们就像是两个集中在银河系核心的巨大斑点,不仅拥有神秘的起源、令人惊叹的扩展速度,甚至还能与亚原子发生相互作用。那么,爆发于银河系的巨型气体间歇泉到底具有哪些特性,在它的内部又发生了哪些奇怪的事?

爆发于银河系的巨型气体间歇泉

就费米气泡的本质而言,其实就是从银河系中心喷出巨大伽马射线的气体喷泉,并且,在这些类似间歇泉的流出物之中,还含有巨大的磁能量,相当于一百万次左右的超新星爆发事件释放的能量总和。但这些流出物对于我们人类而言,它并不会制造出可怕的危险,也并不是朝着我们的方向前进,并且,我们和银河系的中心还有3万光年的遥远距离。而费米气泡就位于银河系中心的上方和下方,在银河系平面上下延伸的幅度超过了25000光年,也是我们在银河系盘面附近发现的最大结构。并且,该区域中还充满了最有活力的光线形式,也就是所谓的伽马射线。

科学家们认为,正是由于费米气泡内产生了宇宙射线这种高能粒子,并通过这些粒子之间的敲击才导致了伽马射线的发出。并且,高能粒子的产物并不唯一,同时还会释放出几乎没有质量的中微子。事实上,要制作这样两个巨大的热气球并不容易,需要足够多的能量才能让热气体的传播范围超过25000光年。关于费米气泡的起源,充满了很多种可能,而费米气泡在银河系上下方的特殊延伸,或许可以成为一个最强有力的线索,因为这很可能意味着:它们被我们星系中心的超大质量黑洞射手座A *所捆绑。比如,射手座A *将一颗与自己距离太近的恒星撕成了碎片,而在该暴力事件中所释放出的强大引力能量形成了气泡。

神秘的费米气泡具有哪些特性

数百万年前,银河系的核心喷发出了两个巨大的气泡,它们正在以每小时320万公里的速度向外太空扩展,并散发出大量的高能辐射。科学家们对这个银河系残余物的研究,已持续了接近十年的时间,主要是通过无线电波长和X射线来研究它的这些特征。众所周知,类星体是一种在超大质量黑洞附近快速引动的粒子,所产生的特殊光源,它的光足以强大到超越自己的母星系,而科学家们正是通过遥远类星体与宇宙起源光谱仪的配对,测量类星体PDS 456的紫外线在穿过北部气泡底部时的移动,得出了费米气泡的扩展速度。

在类星体的提示下,我们可以确定这些材料以大约每秒900到1000公里的速度涌出银河系,并通过该速度计算得出气泡的年龄应该是在250万到400万年左右。而我们的星系大约已有132亿年的年龄,这意味着气泡可能具有短暂和重复性,会经常发生在银河系的整个生命周期中。与此同时,通过新的哈勃观测,科学家们还确定了那些被气体吹扫的材料,应该是由铝、碳和硅这三种成分组成,这些气体代表了恒星形成的化石残余物,并通过恒星内锻造的重元素富集。而流出气体的温度大约在9700摄氏度左右,低于其他气体1000万摄氏度的温度。我们很难从远处研究其他星系中星暴驱动的气体流出,但我们却可以通过银河系的费米气泡来近距离地观察这些地层。

费米气泡中发生了奇怪的反应

尽管,从费米气泡第一次被探测到开始计算,至今已有接近十年的时间,然而我们对它的了解依然还很有限。虽然费米气泡的温度很高,但由于其内部气体非常薄,因此我们无法通过肉眼直接观察,而是通过其中某些物质所散发的伽马射线,才得以捕获到它的踪迹。在之后对费米气泡进行的研究中,科学家们发现了十个来自该气泡的高能量中微子(方向相同),也就是说,位于费米气泡中的某些物质可能会产生这种不寻常的中微子,又或者,这只不过是一个巧合,这些中微子的真正来源是位于费米气泡之后更遥远的宇宙空间。

而更为重要的是,科学家们暂时无法确定,为什么宇宙射线正在产生伽马射线。或许就是费米气泡内部的相互作用,导致了伽马射线的产生,并在这个过程中让仪器探测到中微子的存在。这不仅是对费米气泡物理学解释的一大进步,也能为研究人员提供和它起源有关的重要线索。于是,科学家们又在现有数据的基础上、结合了新探测器的结果,对收集到的这些信息和气泡理论模型进行了结合,已探寻最佳组合。毕竟,最正确的科学探索方式,那就是收集足够的数据、充分排除各种假设,然后将事物推向更好的发展。

可能的情况并不只有一种,π介子可以因为费米气泡内质子的相互撞击而产生,衰变后的外来粒子变成了伽马射线;宇宙微波背景和费米气泡中的高能电子存在相互作用,其中一些光子巧合地被提升到了伽马状态;磁场因为受到费米气泡边缘的冲击波,将一些局部粒子驱动到高速状态、并因此而发射出宇宙射线。然而,在尽可能地进行尝试之后,研究人员并没找到一种适合所有数据的场景,简单来讲,科学家们对费米气泡的伽马射线因什么而驱动、以及在它的内部是否会产生中微子并不确定。

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