费米气泡和银心X射线流出的共同起源

10年前，费米伽马射线太空望远镜发现了一对以银河系核心为中心的巨大伽马射线气泡。但这些所谓的费米泡沫是如何产生的，这是一个谜。然而，最近，中国科学院上海天文台(Shao)的研究人员提出了一个新的模型，首次同时解释了2003年发现的费米气泡和银心双锥X射线结构的起源。

根据这个模型，这两个结构本质上是相同的现象，是由大约500万年前人马座A*(SgrA*)-潜伏在银河系中心的超大质量黑洞-发出的一对喷流驱动的前向激波造成的。这项研究发表在“天体物理杂志”上。

费米气泡是两个巨大的气泡，充满了非常热的气体、宇宙射线和磁场。虽然肉眼看不到它们，但它们在弥漫的伽马射线发射中非常明亮。在伽马射线中，费米气泡的边缘非常锋利，边缘与一种称为银河中心双锥X射线结构的X射线结构非常吻合。

看到费米气泡的边缘与银河系中心双锥X射线结构非常相似，邵逸夫的研究人员意识到这些结构可能具有相同的起源。此外，双锥X射线结构可以由银河系中心过去的一次能量爆发驱动的热气冲击压缩薄壳自然解释。

在以往的费米泡泡理论模型和计算机模拟中，提出了两个主要的竞争能量来源，即星系中心的恒星形成和SgrA*。然而，在这两个模型中，费米气泡被解释为喷出气泡，而前向激波总是位于离费米气泡边缘很远的地方。换句话说，这些模型不能同时解释费米气泡和银心双锥X射线结构。

相比之下，这项研究中由郭福来和他的研究生张瑞宇提出的理论模型，首次用计算机模拟证明了费米气泡和银心双锥X射线结构是同一现象。

在这个模型中，费米气泡的边缘是由一对喷流驱动的前向激波，这些喷流来自大约500万年前的Sgr A*。通讯作者郭福来说，这个模型的一个好处是，费米气泡的能量和年龄可以很好地受到X射线观测的约束。这项研究所推断的气泡年龄也与最近紫外观测的一些高速云沿着许多视线朝向气泡区所得的年龄是一致的。

新的模型表明，超大质量黑洞在费米气泡事件期间注入的总能量接近于大约2万颗超新星释放的总能量。Sgr A*在这次事件中消耗的物质总量约为100个太阳质量。

郭说，我们在研究中发现的另一件非常有趣的事情是，如果气泡和双锥X射线结构具有相同的来源，它们不太可能是由恒星形成或黑洞风产生的。在太阳附近，双锥X射线结构的底面非常窄，而黑洞风产生的前向激波很容易传播到很远的距离，导致底面比观测到的要宽得多。

相比之下，准直喷流沿喷流方向迅速地将大部分能量储存到很远的距离，自然导致激波前沿在银河系平面附近有一个狭窄的底座。郭补充道，近年来，我们银河系内的星云一直非常平静，没有任何证据表明目前存在喷流活动，但我们的研究有力地表明，大约500万年前，一对强大的喷流从银河系发射出来，持续了大约100万年，并产生了今天仍然可以看到的巨大费米气泡。更多信息：张瑞宇等人。将费米气泡模拟为活动星系核喷流驱动的前向激波，“天体物理杂志”(2020)。网址：10.3847/15384357/ab8bd0