笼罩银河系的超热气体

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笼罩银河系的超热气体

文章来源：sky & telescopeMonica Young

原作：Monica Young

编译：艾宇熙

校译：牧夫天文校对组

编排：王璞

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：https:///astronomy-news/milky-way-ultra-hot-halo/

从银河系之外看来，银河系是十分壮丽的：尘埃、气体和恒星组成了巨大的棒旋星系盘。但银河系的另一个组分却长期以来为人所忽略，那就是环绕在银河系之外的热气体晕。它们自银河系形成的时候就存在了，却难以观测。

原始晕 

星系并不是宇宙最早形成的结构——巨大的暗物质团才是。这些不可见的暗物质团至今也弥漫在星系和星系团之间。早期的宇宙中存在着原初物质密度涨落，而暗物质就向密度高的区域聚集，气体也随之向这些区域聚集。

我们的银河系（中央小圆盘）和环绕银河系的巨大气体晕

图源 NASA / CXC / M.Weiss / Ohio State / A. Gupta et al.

当气体不断聚集以后，其温度可以达到一万到一百万开尔文。有些高温气体经过“冷却”形成了星系，而还有很多高温气体就此存在于星系周边，形成巨大的高温气体晕。由于这样的气体晕温度很高，它们高度离子化，也就是说其中很多原子失去了不止一个电子。同时这些气体还很稀疏。这些特征导致星系的高温气体晕难以被探测。尽管如此，研究星系的高温气体晕还是具有深刻的意义——它勾勒出了星系暗物质晕的轮廓，而暗物质晕是完全无法观测的。

天文学家们可以通过遥远的类星体间接探测气体晕，其原理是任何挡在类星体和观测者之间的气体都会吸收来自类星体的光。

更“热”的星系晕 

最近，一项利用类星体研究星系晕的研究表明，星系晕中的气体温度比我们想象的更高，接近一千万开尔文。美国俄亥俄州立大学的Smita Mathur与哥伦比亚州立社区学院的Anjali Gupta近来在美国天文学线上会议中展示了他们的这项研究成果。

研究团队利用欧洲航天局的XMM牛顿望远镜收集类星体的X射线光谱，从而发现银河系的气体晕中存在一些离子化的氧和氖——它们吸收了一些来自类星体的光。这些氧和氖的离子化程度显示它们的温度在一千万开尔文左右，这个温度比普通的气体晕要高得多，不太可能是外来落入星系的气体。反之，超新星爆发可能将这样的气体抛出星系。

星系外围的气体晕是恒星演化的阶段之一。星际气体向星系中央聚集而形成恒星，超新星爆发又将气体释放出星系

 Tumlinson et al., 

Annual Reviews of Astronomy & Astrophysics 2018

这些一千万开尔文的气体含有的重元素比太阳更多，这也是支持它们来自超新星的证据。它们可能是恒星演化过程中气体循环的一个环节。

只基于对于一种明亮背景（类星体）的观测就得出结论自然是有风险的。Mathur和Gupta又收集了来自另外四个类星体的X射线波段数据，获得了更多支持他们结论的证据：有三批数据都表明观测视线上的气体晕温度在九百万开尔文左右，富含重元素。这项研究尚在进行之中，研究人员计划在本月末投稿。

全天X射线图景。白色叉标示了该研究中第一个观测的类星体的位置，四个黄色的叉标示了后续研究的四个类星体的位置

图源 All-sky X-ray survey: MPE and S. L. Snowden

目前，天文学家们只在银河系和NGC3221周边发现了超热气体。

困难的测量 

这项研究存在一些争议。Mathur和Gupta表示，对于他们的X射线数据，还可以有其他的解释，但他们认为超热气体存在的模型和数据拟合最好。而来自美国华盛顿大学的Dan McCammon评论说，关键问题在于收集和气体晕有关的数据本身：“目前我们没有很好的仪器来观测疏散的热气体，我们没有足够的数据来得到一个全面的图景。”

Dan McCammon表示，很多证据表明银河系周围的气体晕由许多部分构成，每个部分都有不同的温度。此外，来自超新星爆发的气体需要达到至少五百万开尔文才能进入星系晕所在的空间，因此“在星系周围发现高温气体也许不是什么令人惊讶的事情”。总体而言，McCammon对于这项研究还是持正面的态度，他也很期待未来的空间望远镜能为天文学家们提供更多更清晰的X射线波段数据。

责任编辑：艾宇熙

牧夫新媒体编辑部