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意大利国立天体物理研究所张鹤寿研究员与其合作者们的最新研究揭示了银河系存在喷流相关的磁场晕,相关结果以 “A magnetized Galactic halo from inner Galaxy outflows” 为题于北京时间2024年9月23日17时发表于天文学顶级期刊Nature Astronomy《自然—天文学》。
该发现挑战了先前关于银河系结构和反馈的认知。研究人员识别出若干延伸到银河盘面以上以下高达超过一万六千光年的磁化结构,并且发现这些磁化结构与来自星系盘的强烈多相气体与能量喷流(所谓eROSITA气泡)相关。
论文由国际合作团队组成,领导团队包括第一作者与通讯作者张鹤寿研究员,以及共同通讯作者,包括同样来自意大利国立天体物理研究所Gabriele Ponti研究员,Ettore Carretti研究员,以及南京大学的柳若愚研究员和来自美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的Mark Morris教授。
我们所居住的银河系是一个恒星形成的棒状星系,在夜空中可以观察到横跨天际的银盘面。我们观察到的银盘面是带状的,如同河流一样,这也正是“银河”这一名词的起源。在“银河”两岸,X-射线卫星eROSITA(俄罗斯-德国空间任务Spectr-Roentgen-Gamma SRG上的X射线望远镜)在四年前观测到了从地平线延展到地平线的高达上百万开尔文的巨大热气泡对(所谓eROSITA气泡)。自从eROSITA气泡被发现以来的,他们的起源与性质一直是天文学家们想探索的问题,而这篇最新的成果对于回答这些问题给出了显著的贡献。
研究显示,这些气泡内部的磁场高度有序,形成了细长的丝状结构 (见图1)。这些丝状结构在天空中极其延展,最长的丝状磁化条长度超过满月直径的150倍。这些丝状结构与温度高达350万开尔文的热风有关,这些热风从银河盘中喷出,并且活跃恒星形成区域对驱动这些热风有显著贡献(见图2)。
图1:此图比较了X射线eROSITA气泡(绿色)和银晕中的磁场(白色条纹)。红色部分表示同步加速辐射的偏振强度。青色圆圈是伽马射线费米气泡。与费米气泡相关的磁化结构连接到银河中心。而eROSITA气泡外部区域相关的磁化结构则起源于银河盘上距离银河中心超过一万光年的活跃恒星形成区域。图片来源:张鹤寿等,2024年,《自然—天文学》
图2:基于研究人员的观测,对银河系晕当前理解的示意图。银河中心的喷流对应费米气泡。eROSITA气泡对应的是来自银河盘面上星系棒末端恒星形成环的外部喷流。这些活跃的恒星形成区距离银河中心超过一万光年。观测到的磁场线弯折是由于银晕中远离银盘的气体旋转减速形成。图片来源:张鹤寿等,2024年,《自然—天文学》
文章第一作者张鹤寿研究员表示:“我们发现,银河的星系棒末端的强烈恒星形成对这些大尺度的多相星系喷流贡献显著。这项工作首次对银河系喷流中的磁场进行了详细测量,并揭示了恒星形成活动与星系喷流的新关联。我在此特别要感谢南京大学的柳若愚研究员,他提供了文章关键的伽马射线部分分析的支持。由于时差的关系,我们的讨论常常持续到深夜。”
Gabriele Ponti研究员说:“这项研究标志着我们对银河系理解的重大进步。观测已经确认小部分“活跃”星系可以通过中心超大质量黑洞吸积或恒星爆发事件驱动喷流,从而深刻影响其宿主星系。而这种喷流是调节星系及其中心黑洞增长的基本成分。令我着迷的是,我们观测到,像银河系这样的宁静星系也能喷出强大喷流,特别是星系棒末端的恒星形成环对星系喷流具有显著贡献。也许银河系揭示了一种在类银河星系中常见的现象,从而帮助我们揭示这些星系的演化。” 而整个研究过程充满挑战。Ettore Carretti研究员解释道:“我们最初对于全天辐射结构的比对并不顺利,因为很多距离我们几百光年的本地结构常常与这些上万光年的大尺度星系结构相重叠。我们花费大量的时间和精力使用多波段观察来分析细丝磁化结构以及X射线波段的eROSITA气泡的距离。通过理论分析这些银晕中的多相辐射的一致性也非常具有挑战,这需要对于星系喷流,磁场以及宇宙射线的传播加速有深入了解。幸运的是,我们的合作团队包括了这些领域的世界级专家。” 柳若愚研究员表示:“这项工作使用了多个天文领域最前沿的研究方法,这体现了在天文学前沿领域,深度国际合作与交流的重要性。”
这项工作得益于深入分析超过十个不同波段的巡天数据,覆盖从射电波段到伽马射线。张鹤寿研究员总结道:“我们的工作是一个及时的成果。这是自eROSITA气泡发现以来首个全面的多波段观测研究。这项研究为我们理解银晕开辟了新的道路,将有助于我们了解银河系复杂和湍动的恒星形成生态系统。”
相关论文信息:
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02362-0
编辑 |张可
排版|夏天
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