哈勃測量銀河系核心驅動的外向流速度

2015.1.5：當我們人類的最早祖先剛剛會直立行走的時候，在銀河系的核心發生了一次劇烈的爆發，氣體和其他噴出物以900千米/秒（200萬英里/時）以上的高速拋向太空。大約200萬年後的現在，天文學家目擊了爆發的餘輝——延伸到銀河系盤面上下約3萬光年的瓣狀氣體雲。

本文觀測效應的示意圖，光譜圖中的紅色代表紅移。大圖：3.4MB，版權：NASA，ESA，研究者團隊，下同。

這個龐大的結構，大約5年前在銀河系核心方向通過γ射線探測發現。後續的X線和射電波段觀測都證實了泡狀特徵。但是天文學家還需要藉助美國宇航局（NASA）和歐洲空間局（ESA）合作的哈勃太空望遠鏡（HST），以首次測量這個神秘氣泡的速度和組成。他們現在爭取分析出被吹離星系的物質質量，這將讓他們從多個互相競爭的方案中確定爆發的（正確）起因。天文學家提出提出了雙極泡的兩種可能的起源：位於銀河系核心的星暴現象或者是核心超級黑洞驅動的噴發（類似活動星系核的現象）。雖然天文學家早已看到過由帶電粒子流組成的氣體風，但它們都源自（遙遠的）河外星系，而現在，他們擁有了獨特的、近在眼前的、我們自己星系的爆發數據。研究團隊領隊、馬里蘭州巴爾的摩市太空望遠鏡科研所（STScI）的安德魯·福克斯（Andrew Fox）解釋道：「當你觀測河外星系時，因為距離過於遙遠，核心外向流顯得很小。但在銀河系中，外流雲泡離我們僅有2.5萬光年。我們現在坐在最前排，能詳細研究那些結構。我們能測量它有多大、覆蓋了多大的太空。」福克斯（Fox）團隊的研究報告將發表在《天體物理學通訊期刊》上，並在華盛頓州西雅圖市召開的第225期全美天文學大會上公布。

PDF插圖，整個外向流在天空的大小比例，以及測定所用的類星體編號。

這個龐大的結構，被稱為費米泡，最初由費米（Fermi）γ射線空間望遠鏡發現。探測到高能γ射線意味著星系核區域產生了拋射高速氣體的暴力事件。為獲得更多的信息，Fox團隊藉助哈勃太空望遠鏡的宇宙起源光譜儀（COS），觀測位於北側氣泡後方的一顆遙遠類星體。類星體的紫外輻射透過氣泡，產生的吸收線就攜帶了氣泡中物質的速度、化學組成和溫度等信息，而紫外光譜只有COS能夠獲得（地球上因大氣原因，不能獲得中遠紫外線光譜；太空中現在只有哈勃望遠鏡安裝了紫外探測儀，譯註）。Fox團隊的測量發現，靠近地球一側的氣體朝向地球運動，而遠離我們那側也離我們遠去。COS的光譜分析表明，氣體脫離星系核心的速度超過900km/s（遠超銀河系的脫離速度）。報告合作者、同在STScI的Rongmon Bordoloi繼續解說：「這正是我們想要的精確信息，假如它是雙極外向流的話。這是我們獲得的離我們最近的信息，讓我們了解星系核心如何驅動外向流的氣泡並激發它。」COS還首次測量了被驅逐到氣泡中的物質組成。COS發現了硅Si、碳C和鋁Al的特徵譜線，說明氣體中富含必須在恆星內部產生的重元素，表示它是恆星誕生區的化石遺迹。COS還測量了氣體的溫度，大約為9700℃（研究報告表述的是約1萬K，K是熱力學絕對溫標，兩者差273.15。譯註），遠遠低於通常意義的超熱等離子體（約為10萬）。Fox接著說：「我們探測到了冷氣體，可能它們是被熱氣體帶出的星際氣體。」這是對20個發出的光經過或者恰好未經過費米泡的遙遠類星體巡天的第一份報告——它們是研究此「氣球」的探針。對完整樣本的分析將告訴我們多少質量被拋出了。天文學家接著就能將它與其他各處暴力噴發（活動星系核等）產生的氣泡進行比較，從而確定需要多少能量以驅動爆發，也許還能知道爆發事件的起源。一種可能是：在銀河系核心附近的狂暴的恆星形成活動產生了大量的超新星爆發，驅使氣體外流。另一種可能是一顆或一群恆星落入了中央的超大質量黑洞產生的爆發；這時，加熱到極高溫的等離子體被噴到太空深處。因為與我們的星系相比，氣泡的壽命很短，因此它可能在銀河系歷史上是一個間歇性的反覆現象。無論它的觸發機制是什麼，很可能它的重現僅發生在超級黑洞吞噬高濃度物質的時候。Fox繼續說：「外向流看起來就像打嗝一樣，一旦氣體鼓脹就反覆噴出物質，而我們只看到了最後一次。通過研究我們項目中其他類星體的光，我們可能探測到此前噴發的遺存。」星系風在恆星誕生區普遍存在，比如著名的爆發星系M82，其核心區正在狂暴地形成恆星。Fox總結說：「看起來恆星誕生區與外向流的發生存在關係。雖然銀河系當前一般以1~2顆穩健速度形成恆星，但在核心區恆星誕生的強度較高。」