歐洲航天局XMM-牛頓衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)，潛伏在銀河系光暈中的氣體，達(dá)到的溫度比之前想象的要高得多，化學(xué)成分也與預(yù)測(cè)的不同，這對(duì)我們對(duì)銀河系家園的理解提出了挑戰(zhàn)。

光暈是一個(gè)圍繞星系的由氣體、恒星和不可見(jiàn)暗物質(zhì)組成的廣闊區(qū)域。它是星系的關(guān)鍵組成部分，連接著更廣闊的星際空間，因此被認(rèn)為在星系演化中扮演著重要角色。

到目前為止，銀河系的光暈被認(rèn)為是含有單一溫度的熱氣體，這種氣體的確切溫度取決于星系質(zhì)量。然而，一項(xiàng)利用歐空局xmm-牛頓X射線空間觀測(cè)站的新研究表明，銀河系光暈包含了三種不同的熱氣體成分，其中最熱的一種比之前認(rèn)為的要熱10倍。這是第一次不僅在銀河系，而且在任何星系中都發(fā)現(xiàn)了多種以這種方式構(gòu)造的氣體成分。這項(xiàng)新研究的主要作者、俄亥俄州立大學(xué)的研究生桑斯克里蒂·達(dá)斯(Sanskriti Das)說(shuō)：

原以為銀河系光暈中的氣體溫度在10000度到100萬(wàn)度左右，但事實(shí)證明，銀河系光暈中的一些氣體，可以達(dá)到酷熱的1000萬(wàn)度。雖然研究人員認(rèn)為，在星系最初形成時(shí)，氣體會(huì)被加熱到100萬(wàn)度左右，但不確定這個(gè)成分是如何變得如此熱的。這可能是由于銀河系內(nèi)恒星盤發(fā)出的恒星風(fēng)所致。這項(xiàng)研究使用了XMM-牛頓衛(wèi)星上的兩種儀器：反射光柵光譜儀(RGS)和歐洲光子成像相機(jī)(EPIC)。EPIC被用來(lái)研究光暈發(fā)出的光，RGS被用來(lái)研究光暈是如何影響和吸收通過(guò)它的光的。

為了探測(cè)銀河系吸收中的光暈，天文學(xué)家們觀察到了耀變體：這是一個(gè)非常活躍、能量很高遙遠(yuǎn)星系的核心，正在發(fā)出強(qiáng)烈的光束。在這束耀眼的X射線在宇宙中傳播了近50億光年，在到達(dá)XMM-牛頓衛(wèi)星探測(cè)器之前，也穿過(guò)了我們銀河系的光暈，因此掌握了這個(gè)氣態(tài)區(qū)域性質(zhì)的線索。與之前通常持續(xù)一到兩天的銀河系光暈X射線研究不同，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了為期三周的觀測(cè)，所以能夠探測(cè)到通常太微弱而看不見(jiàn)的信號(hào)。

同樣來(lái)自俄亥俄州立大學(xué)、桑斯克里蒂顧問(wèn)的合著者斯米塔·馬圖爾說(shuō)：我們分析了耀變體的光，并將重點(diǎn)放在了個(gè)別光譜特征上：光的特征可以告訴我們它在途中經(jīng)過(guò)的物質(zhì)。有一些特定信號(hào)只存在于特定的溫度下，所以能夠確定光暈氣體一定有多熱，才能像它那樣影響耀眼的光。銀河系熱暈也被比氦更重的元素大大增強(qiáng)，氦通常是在恒星生命的后期產(chǎn)生。這表明，這個(gè)光暈接收了某些恒星在其生命周期和最后階段創(chuàng)造的物質(zhì)，并在它們死亡時(shí)拋出到太空中。

到目前為止，科學(xué)家們主要在尋找氧，因?yàn)樗S富，因此比其他元素更容易找到。本研究更為詳細(xì)：不僅觀察了氧氣，還觀察了氮、氖和鐵，發(fā)現(xiàn)了一些非常有趣的結(jié)果?？茖W(xué)家們預(yù)計(jì)，光暈包含的元素比例與太陽(yáng)中的元素比例相似。然而，研究人員注意到光暈中的鐵比預(yù)期要少，這表明光暈已經(jīng)被大質(zhì)量的垂死恒星富集，而且氧也更少，這可能是因?yàn)楣鈺炛械膲m埃粒子吸收了這種元素。這完全出乎意料，告訴我們關(guān)于銀河系是如何演化成今天的銀河系。

新發(fā)現(xiàn)的熱氣成分還具有更廣泛含義，影響我們對(duì)宇宙的整體理解。銀河系包含的質(zhì)量比預(yù)期要小得多：這就是所謂的“失蹤物質(zhì)問(wèn)題”，因?yàn)槲覀冇^察到的與理論預(yù)測(cè)不符。歐空局普朗克宇宙飛船從其對(duì)宇宙的長(zhǎng)期測(cè)繪中預(yù)測(cè)，宇宙中略低于5%的質(zhì)量，應(yīng)該以“正”物質(zhì)的形式存在，如組成恒星、星系、行星等的那種物質(zhì)。羅馬天文學(xué)協(xié)會(huì)和哈佛史密森天體物理中心的合著者法布里齊奧·尼卡斯特羅說(shuō)：

然而，當(dāng)把我們看到的一切加在一起時(shí)，其數(shù)字與這個(gè)預(yù)測(cè)相去甚遠(yuǎn)，那么其余的在哪里呢？一些人認(rèn)為它可能隱藏在星系周圍延伸的大質(zhì)量光暈中，這讓我們的發(fā)現(xiàn)非常令人興奮。由于銀河系光暈的這一熱成分以前從未見(jiàn)過(guò)，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這種“缺失”物質(zhì)。ESA XMM-牛頓衛(wèi)星項(xiàng)目科學(xué)家Norbert Schartel說(shuō)：這些觀測(cè)為銀河系及其光暈的熱和化學(xué)史提供了新見(jiàn)解，并挑戰(zhàn)了我們對(duì)星系形成和演化的知識(shí)。

博科園｜研究/來(lái)自：歐洲航天局

參考期刊《天體物理學(xué)》

DOI: 10.3847/2041-8213/ab3b09

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