“银河系烟囱”如何喷射出星系中心的巨大能量？

“银河系烟囱”（黄橙色区域）矗立在银河系中心的超大质量黑洞中央位置。(这是一张人工上色的照片：白色斑块表示该图像中不相关的、明亮的X射线源已被排除在外。)

我们银河系的中心是一个风起云涌、波诡云谲的空间。在那里，一个巨型黑洞——其质量是太阳的400万倍——一边吞噬星际碎屑一边释放出能量；与此同时，邻近区域中不断有恒星诞生，随后又爆炸消亡。

据美国科学促进会（AAAS）运营的全球科技新闻服务网站优睿科（EurekAlert）消息称，《自然》杂志3月21日刊发的一篇研究论文描述了一个国际天文学家团队在一个距离地球约2.8万光年的位置发现的两个星系“排气通道”。观测结果显示，这些被称为“星系中心的烟囱”（galactic center chimney）的天体结构似乎能将物质和能量从银河系中心的“宇宙烟火”中吸走。

该研究的合作作者之一、美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）天文学和天体物理学教授Mark Morris介绍道：“我们假设，这些烟囱是星系中心释放的所有能量的‘排气出口’。”

宇宙中所有星系都是巨大的恒星工厂，但是它们生成恒星的生产效率却有着迥异的区别——不光星系之间有不同，甚至在每个星系的生命周期内也会起伏变化。抑制恒星生成速度的机制之一就潜藏在星系中心的超大质量黑洞所激发的、物质和能量的喷发效应中。Morris解释道：“恒星的形成过程决定了星系所具有的特性。这是我们非常关心的研究课题，因为是恒星生成了构成行星和孕育生命的重元素。”

为了更好地理解是什么导致“银河系烟囱”的能量外喷现象，Morris的团队将欧洲航天局（ESA）的“XMM-牛顿卫星”对准了银河系中心，用以探测宇宙X射线。X射线是由极高温的气体发射出来的，因而，它们对于测绘太空中的高能环境大有用武之地。

研究人员从2016年到2018年以及2012年收集的图像中搜寻发现了两股X射线柱——星系中心的烟囱——从星系中心向两个相反方向喷射延伸出去。这两股射线柱都诞生于超大质量黑洞周围160光年的范围内，而它们的整个跨度超过500光年。

这两个“烟囱”连接着两个被称为“费米气泡”（Fermi bubble）的巨大天体结构。这种“气泡”实际上是在包裹银河系的气体中凿出的空洞，它们充满了高速运动粒子，横跨了整个星系的中心，并向两个相反方向延伸25000光年。一些天文学家怀疑，费米气泡是超大质量黑洞大规模爆发后所残留下的遗迹，而另一些人则认为这些气泡是被大量新生恒星的喷射物吹出来的。不过，无论它的起源是哪种方式，这种“烟囱”都可能是高速粒子被传送到那里的管道。

科学家认为，了解能量是如何从星系中心到达其外部边界的，可以帮助我们了解为什么有些星系充满了正在爆发形成的恒星，而另外一些却处于平静的休眠状态。Morris指出：“在某些极端情况下，这种“能量喷泉”能够触发和启动星系中的恒星形成过程，但是在别的情境下，它也可以阻碍和停顿这一过程。”

鉴于其他星系的“能量喷泉”是由其中心的黑洞提供能量的，而这些黑洞的质量通常是我们银河系中心黑洞的1000倍，因而我们的星系没有那么极端。尽管如此，银河系的中心为人类提供了一个机会去近距离观察和推测那些所含能量更高的星系可能正在发生什么样的效应与现象。

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编译：Jonathan 

审稿：三水 

责编：唐林芳

期刊来源：《自然》

期刊编号：0028-0836

原文链接：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-03/uoc--gx032019.php

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