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巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜

发布时间:2019-09-10 14:04:27  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:84

      10年前,天文学家发现了费米气泡。10年过去了,这两个巨型气泡的源头仍是不解之谜。它们将银河系夹在中间,不断喷射大量高能辐射,让科学家无法忽视它们的存在。最近,冰立方中微子观测站发现了可能来自费米气泡的10个超高能中微子。科学家认为气泡内可能正在发生剧烈的亚原子交互。这意味着费米气泡要比我们认为的更加神秘。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      费米气泡是两个由气体和宇宙射线构成的巨泡,高高地耸立在银河系上空,所覆盖的区域几乎相当于整个银河系。这些巨泡可能由来自银河系中央的猛烈物质外流驱动
      借助费米伽玛射线太空望远镜,天文学家在2010年发现了两个巨大气泡,也就是大名鼎鼎的费米气泡。这两个巨泡将银河系中央夹在中间,在银河系的平面上方和下方延伸2.5万光年。费米气泡的源头仍是不解之谜。它们不断喷射海量高能辐射,让科学家无法忽视它们的存在。
      最近,南极洲的冰立方中微子观测站发现了来自费米气泡的10个超高能中微子。这一发现促使天体物理学家得出一项推测——费米气泡正在发生剧烈的亚原子交互。这意味着费米气泡要比我们认为的更加神秘。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      费米伽玛射线望远镜
      把热气体变成大球绝非易事。首先,你需要能量,而且是很多的能量。对于一个典型的星系,产生可将热气体传播到2.5万光年以外的能量并不容易。费米气泡在银河系中心上下均匀延伸,这种独特的延伸方向是一个强有力的证据,说明它们可能与银河系中央的特大质量黑洞人马座A*有关。
      数百万年前,人马座A*可能享用了一顿大餐并导致了严重的消化不良。向人马座A*坠落的物质不断升温,在电力和磁力的复杂作用中扭曲,在落入事件视界前逃离了它的魔爪。这些物质充满令人难以置信的能量,随着加速到接近光速的粒子喷流不断远离银河系中心。逃到安全的地方后,这些粒子扩散并变得稀疏,但至今仍保持高能状态。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      人马座A*艺术概念图
      另外一种可能性是,一颗恒星因距人马座A*太近被撕成碎片,在一次剧烈的事件中释放所有强引力能,最终形成了费米气泡。费米气泡的形成也可能与人马座A*没有半毛钱关系,而是与银河系中央的恒星有关。也许,数十颗或者数百颗分布密集的中央恒星在同一时间段发生超新星爆炸,所喷射的气体与烟超出了银河系的势力范围。
      也许,这些可能性都不成立。但无论如何,巨大的费米气泡就摆在那里,只是我们尚无法揭开它们的神秘面纱。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      座落于南极的冰立方中微子观测站
      我们无法用肉眼看到费米气泡。尽管它们的温度很高,但内部的气体非常稀薄,几乎看不到它们的存在。但它们的内部存在能量最高的光——伽玛射线。费米团队就是通过这种射线洞察到它们的存在。
      我们认为宇宙射线在费米气泡内产生伽玛射线,宇宙射线本身就是高能粒子。这些粒子大部分是电子,但也可能存在一些更重的粒子。它们四处撞击,放射出独特的伽玛射线。不过,伽玛射线并不是高能粒子产生的唯一物质。有时候,宇宙射线彼此交互,表演由物质和能量构成的复杂亚原子舞蹈并释放一个中微子。中微子是一种几乎没有质量的粒子,只通过弱核力与其它粒子发生交互。这意味着它们几乎不与正常物质发生交互。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      南极洲的冰立方中微子观测站
      冰立方观测站座落于南极,使用一立方公里的南极纯水冰作为中微子探测器。一旦高能中微子穿过这些冰并与水分子发生交互,便会触发一个类似多米诺骨牌的连锁反应。这种连锁反应会形成我们更熟悉的粒子并放射出透露秘密的闪光。由于所用探测器的特性,在确定这种“幽灵粒子”的确切源头方面,冰立方的表现并不完美。迄今为止,它只发现10个大概来自费米气泡方向的中微子。
      这意味着费米气泡内的某些东西能够产生中微子。不过,这也可能只是巧合。冰立方探测到的中微子可能来自于费米气泡后面的更为遥远的宇宙区域。无论如何,宇宙射线以某种方式产生了所有这些伽玛射线,尽管我们并不确定如何产生。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      为了探测中微子,冰立方探测器使用深埋在南极冰盾地下的5160个传感器,深度在1500米到2000米之间
      也许是我们运气不错。费米气泡内的一组交互产生了伽玛射线以及能够被冰立方探测到的中微子。如果是这种情况,这意味着我们在揭示费米气泡物理性质方面迈出了一大步,能够获取有关它们起源的重大线索。
      最近,一支研究小组对可用数据进行梳理同时还加入刚刚服役的高海拔水切伦科夫探测器(HAWC)的观测数据,而后与一系列费米气泡理论模型结合,试图找到正确的组合。HAWC是一架超级强大的地面伽玛射线望远镜。
    巨型气泡耸立银河系上方 源头仍是不解之谜
      中微子与南极冰交互,在此过程中剥离一个μ介子。μ介子移动速度极快,留下一条泄密的蓝光尾迹,被称之为“切伦科夫辐射”
      在一个可能假设中,费米气泡内的质子偶尔发生相撞并产生介子。介子是一种奇异粒子,能够快速衰变成伽玛射线。在另一个想定中,费米气泡内的高能电子洪流与宇宙微波背景辐射发生交互,让某些幸运的质子放射出伽玛射线。第三种想定中,费米气泡外缘的冲击波利用磁场驱动不活跃的本地粒子,让它们高速移动,而后放射出宇宙射线。
      不幸的是,研究小组发现任何一种想定(或者这些想定的任何组合)都与数据不符。简单地说,科学家仍不知道何种因素驱动了费米气泡的伽玛射线辐射。费米气泡是否产生中微子以及两个巨泡的起源,仍旧是未知数。不过,科学研究就是这样,就是要不断收集数据,提出和排除假设,而后继续前进。