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“费米泡泡”隐藏银河系和暗物质秘史

2019-11-28 17:03:40

    从星系中心喷发的“气泡”隐含了我们理解暗物质性质和星系历史的关键信息。银河系与其它星系相比显得安静、祥和,然而,银河系的过去不会是平静如水、惺忪朦脓的状态。2010年,哈佛-斯密森尼天体物理学中心的科学家首次发现了一对上下贯通的“费米泡泡”,从银河系中心圆盘向两端垂直伸展的“气泡”好像两朵惊艳绽放的花苞,气泡的延伸的长度相当于数万光年。“费米泡泡”呈现巨型气柱的外型,超级气泡实际上是从银河系中心喷出的辐射物质,它隐含了数百万年前发生的狂暴事件,科学家提出了可能性最大的解释,银河系中心的黑洞吞食了丰盛美味的“大餐”,巨量的气体和尘埃物质被卷入黑洞,相当于数百倍、数千倍太阳质量的物质被黑洞吞没,在吞噬巨量周围物质的同时,黑洞沿着圆盘中心的轴线两端喷出巨量的辐射。

    1月6日,三位发现“费米泡泡”的天体物理学家——道格拉斯·芬克拜纳,特雷西·斯莱特尔和苏孟在全美天文学会冬季大会上提出了新的见解,他们和卡福利基金会的科学家一起探讨了辐射气泡的物理学机制问题。对费米气泡现象的观测和分析给出了银河系演变史的深刻洞察,科学家随着研究的进展甚至获得了暗物质存在的线索。麻省理工学院(MIT)和卡福利-MIT合作研究所的天体物理学和空间科学研究员苏孟解释说,新的研究表明了银河系中心黑洞在数千万年前异常活跃,现在处于相对平静、稳定的状态,这种表象掩盖了银河系过去汹涌澎拜的变化。科学家在发现“费米泡泡”之前只是讨论黑洞过去异常活跃的可能性,没有一个观测证据证明了他们的推断和猜测,而费米气泡的发现改变了缺乏事实的窘境。

    其它星系中心出现了相似的辐射气泡,现在不能确定费米气泡和其它类型的辐射气泡是否遵循相同的物理机理,费米气泡不同的物理机制在于,它以高能伽玛射线方式发出了明亮的光芒,其它星系十分遥远,天文学家难以在地球上观测星系中心喷发的伽玛射线,天文学家选择用X-射线、射电和微波观测手段来发现遥远星系中心的辐射气泡,未来将会产生更加精准的观测技术,科学家将在多个波段观测费米气泡,在观测技术的帮助下将会提出更多的见解,他们将银河系中心和其它星系中心的辐射气泡进行比较,以确定不同辐射气泡是否遵循相同的物理机理,更好地揭示银河系中心辐射气泡的性质,充分展示银河系中心三百万到四百万年前的景观。

    费米气泡的研究意义表现在多个方面,天体物理学家在寻找暗物质过程中第一次发现了银心的气泡,对费米气泡的深入研究将帮助科学家揭示暗物质的痕迹,星系中心不仅是产生辐射气泡的地方,而且被科学家认为是发现暗物质存在的最佳场所之一,从星系中心喷出过量的伽玛射线,科学家从中寻找暗物质活动的证据,暗物质粒子的相互作用可能产生了过量的伽玛射线。天体物理学家对费米气泡性质的彻底了解有利于发掘过量伽玛射线的来源。科学家猜测暗物质发射了过量的伽玛射线,总的伽玛射线信号可能既包含了暗物质发出的部分,也包含了其它物质发出的部分,仅有的普通物质似乎不能解释过量的伽玛射线辐射。

    麻省理工的助理教授特雷西·斯莱特尔解释说,在一些普遍认可的暗物质理论模型中,人们期待从银河系中心发出的辐射比其它太空区域发出的辐射更为强烈、明亮,放弃对银河系中心辐射气泡的观测,这不是天文观测好的选择。科学家在银河系中心的伽玛射线图谱中似乎找到了暗物质的蛛丝马迹,这些线索最终可能导向暗物质的发现。道格拉斯·芬克拜纳赞成斯莱特尔的分析,哈佛大学天文学和物理学教授、哈佛-斯密森尼天体物理中心天体理论和计算研究所的研究员芬克拜纳解释说,在科学发现的过程中经常出现“无心插柳柳成荫”的现象,好像期待的事、等待的人偏偏不来,不期待的事、不等待的人偏偏来了。多少有些讽刺意味,科学家在寻找暗物质过程中发现了“费米泡泡”,也许下一个可以推断的事件是,科学家在研究费米气泡的过程中发现“朝思暮想”的暗物质。




(2015-1-28)





 


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