對銀河系中心的X射線觀測發現了充滿熱等離子體的煙囪狀結構。這一發現可能揭示了能量是如何從這個中心區域傳輸到遙遠的地方的。

我們銀河系的中心有一個超大質量黑洞,目前它發出的電磁輻射非常微弱,但在過去可能更為活躍。對γ射線的觀察揭示了兩個巨大的結構,即位于銀河行星1的上方和下方的費米氣泡。這些氣泡中充滿了以接近光速運動的高能粒子,這些粒子是在幾百萬年前從星系中心釋放出來的。在《自然》雜志上,Ponti等人2報道了X射線觀測結果,揭示了連接銀河系中心周圍區域和費米氣泡的煙囪狀結構。

作者利用天基XMM牛頓望遠鏡和錢德拉望遠鏡進行了750多小時的X射線觀測,獲得了我們銀河系中心區域的第一張詳細的X射線圖,該區域約為300×500秒。(為了進行比較,地球到銀河系中心的距離約為8000秒。)這張地圖顯示了兩個細長的準線性結構,每個結構的長度約為160秒,位于銀河系中心的超大質量黑洞的上方和下方(圖1)。龐蒂等。把這兩個結構命名為銀河系的南北中心煙囪。

圖1星系煙囪和費米氣泡。兩個巨大的結構,被稱為費米氣泡,位于我們銀河系1平面的上方和下方,并以銀河系中心的超大質量黑洞為中心。氣泡中充滿了幾百萬年前從星系中心釋放出來的高能粒子。X射線和射電觀測也顯示了一對更小的從星系中心流出物質的葉。Ponti等人2現在報告了X射線觀測結果,發現了兩個“煙囪”結構,它們似乎將內葉與費米氣泡連接起來。

先前的X射線和無線電觀測顯示,在星系平面的上方和下方,有兩個小的流出物質的裂片,大約有15個解析度。煙囪結構將這些裂片連接到費米氣泡上,費米氣泡從星系平面上方大約100秒處開始,占據一個接近星系本身大小的巨大區域。

北部和南部煙囪之間的相似性表明它們有共同的起源,很可能與銀河系中心相連。 煙囪似乎在沿銀河系平面的方向上受到很好的限制,并且在垂直范圍內具有鋒利的邊緣。 兩者都充滿了熱等離子體(溫度約為800萬開爾文),總光度大約是太陽的一百萬倍。

觀測到的溫度和亮度與這樣的觀點一致:煙囪中的等離子體是由聚集在煙囪底部附近的大質量恒星爆炸時釋放的能量加熱的。然而,盡管充滿較小的內葉的等離子體也被超新星加熱,但新的X射線數據不支持煙囪是內葉的直接延續這一觀點。更可能的是,銀河系中心的大質量恒星分布不均勻,導致形成獨立的流出:一個靠近超大質量黑洞的小的,和煙囪底部的大的。

煙囪的形態表明它們可能是由煙囪底部的超新星強大的流出物挖掘的通道。 Ponti及其同事提出,煙囪可能將能量從銀河系中心的活躍區域輸送到費米氣泡。 已經使用各種模型來估計產生和維持費米氣泡所需的功率,但估計值相差幾個數量級。 這些估計的下限來自模型,其中費米氣泡是由銀河系中心超新星爆發期間產生的一群宇宙射線(由質子和重離子組成)產生的。 這種情景所涉及的能量與觀察到的煙囪能量相同。 應該注意的是,觀察到的能量值處于煙囪產生的總能量的下限,因為只有一小部分總能量將作為發射X射線的等離子體沉積。

在這個超新星驅動的情景中,超大質量黑洞只有次要角色。 然而,中心銀河系區域的形態也可能是由于重力破壞的恒星在黑洞附近積累而產生的極度能量爆發。 在這種情況下,煙囪可以促進物質和能量從黑洞傳播到銀河盤上方的稀薄低壓區域。 與其觀測到的輻射相比,黑洞也可能產生高出數千倍的流出量,就像其他一些星系一樣。

煙囪的發現是我們描繪的銀河系復雜過程的另一個拼圖。但仍有許多問題需要回答。目前,只觀察到費米氣泡底部區域的一部分。對整個這一區域的觀察將有助于澄清煙囪的X射線輻射是通過內葉的氣體流出的痕跡,還是來自葉周圍的加熱氣體。我們還需要對煙囪所占區域進行詳細的無線電觀測,并對無線電和X射線觀測所揭示的特征進行比較,以幫助我們更好地了解從星系中心到費米氣泡的能量傳輸。