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星空超級氣泡 疑為巨型宇宙粒子加速器

2019/3/6 — 17:41

X-Ray Superbubbles in Galaxy NGC 3079 
Image Credit: X-ray: NASA, CXC, U. Michigan, J-T Li et al.; Optical: NASA, STScI

X-Ray Superbubbles in Galaxy NGC 3079
Image Credit: X-ray: NASA, CXC, U. Michigan, J-T Li et al.; Optical: NASA, STScI

核子超級氣泡 (Nuclear Superbubbles) 是一團極熱的氣體原子,密度比一般星際空間低的「氣泡」。天文學家一般相信它們是由星系中心的巨型黑洞所造,而最新刊於 Astrophysical Journal 的研究更指出,氣泡可能同時是巨型宇宙粒子加速器。

星系中心一般由巨型黑洞組成,而黑洞吸入物體的同時,其中心會釋出接近光速的強大離子噴流 (plasma jet) 。天文學家一直未能確認當中成因,但估計黑洞吸積盤 (accretion disc) 的核心部份物質會滙聚至中心,並經黑洞磁場線散發至其外圍。

圍繞地球運行的錢德拉 X 光 [1] 天文台已觀察螺旋星系 NGC 3079 中心黑洞及其氣泡一段時間。相比起銀河系內,橫跨 5 萬光年的費米 (Fermi) 氣泡,NGC 3079 較小及較「年輕」只有約 4,900 光年及 3,600 光年闊。對於天文學家而言,NGC 3079 氣泡不僅較易觀察,也更易理解其演化機制。

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天文學家從射線天文台數據發現,氣泡會以同步輻射 (synchrotron emission) 方式釋放出高能量 X 光。研究隊伍認為此發現反映氣泡有大型粒子加速器的功用。今次他們只在其中一個氣泡量度到同步輻射,但此現象只於較小氣泡內觀察到。

研究人員估計氣泡會在太空空間擴張,並產生衝擊波。這些衝擊波有機會會導致磁場纏繞現象。纏繞磁場的粒子接觸到衝擊波前沿時就會被其加速移動。氣團中的粒子加速速度,比地球大型粒子對撞機的粒子能量還要高 100 倍。高能量粒子更有機會是宇宙射線 (cosmic ray) 的來源。

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現時研究仍有許多未知之數,包括宇宙射線粒子來源,以及銀河系的 Fermi 氣泡是否有相近的粒子加速能力。甚至乎,由於初生恆星也有機會造成強烈星際風暴,或是超級氣泡的來源,因此科學家仍未能確定泡是由黑洞創造。研究人員坦言,未來需要更多宇宙無線電波及 X–射線測量、磁場研究,以及建立超級氣泡模型,以了解超級氣泡源頭。 

註:
[1] 又稱倫琴射線

來源:
ScienceAlert, Astronomers Have Found 'Superbubbles' Producing Shock Waves in Another Galaxy, 4 March 2019

報告:
Li, J.T., Hodges-Kluck, E., Stein, Y., Bregman, J.N., Irwin, J.A. & Dettmar, R. (2019). Detection of Nonthermal Hard X-Ray Emission from the "Fermi Bubble" in an External Galaxy. The Astrophysical Journal, 873, 1.

文/Edward Ho、審核/Alan Chiu

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