耀变体发出耀眼的光,在宇宙中传播50亿光年,终于到达了银河系!

欧洲航天局XMM-牛顿卫星发现,潜伏在银河系光晕中的气体,达到的温度比之前想象的要高得多,化学成分也与预测的不同,这对我们对银河系家园的理解提出了挑战。光晕是一个围绕星系的由气体、恒星和不可见暗物质组成的广阔区域。它是星系的关键组成部分,连接着更广阔的星际空间,因此被认为在星系演化中扮演着重要角色。

到目前为止,银河系的光晕被认为是含有单一温度的热气体,这种气体的确切温度取决于星系质量。然而,一项利用欧空局xmm-牛顿X射线空间观测站的新研究表明,银河系光晕包含了三种不同的热气体成分,其中最热的一种比之前认为的要热10倍。

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这是第一次不仅在银河系,而且在任何星系中都发现了多种以这种方式构造的气体成分。这项新研究的主要作者、俄亥俄州立大学的研究生桑斯克里蒂·达斯(Sanskriti Das)说:原以为银河系光晕中的气体温度在10000度到100万度左右,但事实证明,银河系光晕中的一些气体,可以达到酷热的1000万度。

虽然研究人员认为,在星系最初形成时,气体会被加热到100万度左右,但不确定这个成分是如何变得如此热的。这可能是由于银河系内恒星盘发出的恒星风所致。这项研究使用了XMM-牛顿卫星上的两种仪器:反射光栅光谱仪(RGS)和欧洲光子成像相机(EPIC)。EPIC被用来研究光晕发出的光,RGS被用来研究光晕是如何影响和吸收通过它的光的。

为了探测银河系吸收中的光晕,天文学家们观察到了耀变体:这是一个非常活跃、能量很高遥远星系的核心,正在发出强烈的光束。在这束耀眼的X射线在宇宙中传播了近50亿光年,在到达XMM-牛顿卫星探测器之前,也穿过了我们银河系的光晕,因此掌握了这个气态区域性质的线索。与之前通常持续一到两天的银河系光晕X射线研究不同,该团队进行了为期三周的观测,所以能够探测到通常太微弱而看不见的信号。

同样来自俄亥俄州立大学、桑斯克里蒂顾问的合著者斯米塔·马图尔说:我们分析了耀变体的光,并将重点放在了个别光谱特征上:光的特征可以告诉我们它在途中经过的物质。有一些特定信号只存在于特定的温度下,所以能够确定光晕气体一定有多热,才能像它那样影响耀眼的光。银河系热晕也被比氦更重的元素大大增强,氦通常是在恒星生命的后期产生。这表明,这个光晕接收了某些恒星在其生命周期和最后阶段创造的物质,并在它们死亡时抛出到太空中。

到目前为止,科学家们主要在寻找氧,因为它丰富,因此比其他元素更容易找到。本研究更为详细:不仅观察了氧气,还观察了氮、氖和铁,发现了一些非常有趣的结果。科学家们预计,光晕包含的元素比例与太阳中的元素比例相似。然而,研究人员注意到光晕中的铁比预期要少,这表明光晕已经被大质量的垂死恒星富集,而且氧也更少,这可能是因为光晕中的尘埃粒子吸收了这种元素。这完全出乎意料,告诉我们关于银河系是如何演化成今天的银河系。

新发现的热气成分还具有更广泛含义,影响我们对宇宙的整体理解。银河系包含的质量比预期要小得多:这就是所谓的“失踪物质问题”,因为我们观察到的与理论预测不符。欧空局普朗克宇宙飞船从其对宇宙的长期测绘中预测,宇宙中略低于5%的质量,应该以“正”物质的形式存在,如组成恒星、星系、行星等的那种物质。罗马天文学协会和哈佛史密森天体物理中心的合著者法布里齐奥·尼卡斯特罗说:

然而,当把我们看到的一切加在一起时,其数字与这个预测相去甚远,那么其余的在哪里呢?一些人认为它可能隐藏在星系周围延伸的大质量光晕中,这让我们的发现非常令人兴奋。由于银河系光晕的这一热成分以前从未见过,所以它可能在之前的分析中被忽略了,因此可能包含了大量的这种“缺失”物质。ESA XMM-牛顿卫星项目科学家Norbert Schartel说:这些观测为银河系及其光晕的热和化学史提供了新见解,并挑战了我们对星系形成和演化的知识。

博科园|研究/来自:欧洲航天局参考期刊《天体物理学》DOI: 10.3847/2041-8213/ab3b09博科园|科学、科技、科研、科普

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