Jättebubblor som expanderar från Vintergatan kan förklaras av en enda händelse

Fermi-bubblorna (röda) och eROSITA-bubblorna (cyan). (Predehl et al., Nature, 2020)

Två uppsättningar jättebubblor som sträcker sig tusentals ljusår över och under Vintergatans plan kunde ha producerats av samma händelse, trots deras betydande skillnad i storlek.

De kallas Fermi-bubblorna och eROSITA-bubblorna, och astronomer tror att de var resultatet av supermassivens aktivitet svart hål i mitten av Vintergatan, Skytten A*. Eftersom en uppsättning bubblor är mycket större än den andra, har det inte varit klart om de producerades samtidigt eller av separata händelser.

DeFermi bubblar, upptäckt 2010 och fylld med het gas och magnetiska fält som sänder ut gammastrålning, sträcker sig nio kiloparsecs (29 354 ljusår) över och under det galaktiska planet, för en total storlek på 18 kiloparsecs. De har också en mikrovågsmotsvarighet, kallad mikrovågsdimman .

eROSITA-bubblorna, som avger röntgenstrålning, sträcker sig runt 14 kiloparsecs (45 661 ljusår) i båda riktningarna från det galaktiska centrumet, för totalt 28 kiloparsecs. I den storleken uppslukar de Fermi-bubblorna helt.

Ändå, redan innan hela omfattningen av eROSITA-bubblorna upptäcktes,beskrivs i en tidning från 2020, forskare trodde att det var troligt att de orsakades av samma utbrott. De två uppsättningarna av bubblor har anmärkningsvärt lika former, vilket tyder på att de är sammankopplade på något sätt.

För att bubblorna emitteras från det galaktiska centrumet, och för att liknande bubblor har settsi andra galaxer, verkar det troligt att Fermi- och eROSITA-bubblorna är relaterade till Sgr A*, snarare än en förhöjd period av stjärnbildning, känd som starburst.

Ett team av astronomer ledda av Hsiang-Yi Karen Yang från National Tsing Hua University i Taiwan har använt numeriska simuleringar för att begränsa den supermassiva svarta hålsaktiviteten som kan producera bubblorna när vi ser dem. Att välja mellan två möjliga fenomen – jättevindar blåser från Sgr A*, eller astrofysiska jetstrålar – forskarna fann att astrofysiska jetstrålar är mer rimliga.

'Innan upptäckten av eROSITA-bubblorna hade det fysiska ursprunget för Fermi-bubblorna och mikrovågsdimman diskuterats hett,' skriver de i sin tidning .

'Vi visar att de nya eROSITA-data ger viktig information som gör det möjligt för oss att sätta ytterligare begränsningar på dessa två scenarier, och att kombinationen av gamma-, röntgen- och mikrovågsbilder och spektra starkt tyder på att tidigare jetaktivitet i galaktiken mitt svarta hål är den troliga boven.'

Sgr A* är ganska tyst nu och släpper bara utenstaka utbrott. Det är inte vad vi klassificerar som en aktiv galaktisk kärna; det är ett galaktiskt supermassivt svart hål som aktivt livnär sig på material från ettstort moln runt den. Det här är en rörig process, med olika typer av utflöden.

Utrymmet runt ett svart hål blir mycket komplicerat. Material matas in i det svarta hålet från en ansamlingsskiva av material som virvlar runt det, ungefär som vatten virvlar runt ett avlopp. Man tror att dessa jetstrålar är producerade av en liten del av material som kan ledas längs magnetfältslinjer utanför händelsehorisonten, från det inre området av ackretionsskivan.

De magnetiska fältlinjerna fungerar som en synkrotron och accelererar detta material till det svarta hålets polära områden, där det sprängs ut i rymden i form av otroligt snabba strålar av joniserad plasma. Dessa jets kan blåsaganska långtin i rymden ovanför och under det galaktiska planet.

Simuleringen av Yang och hennes team antog att Sgr A* var aktiv för cirka 2,6 miljoner år sedan och sprängde jetstrålar ut i rymden i cirka 100 000 år, och trängde in i det interstellära mediet igalaktisk halo.

Dessa antaganden reproducerade prydligt uppsättningar av bubblor mycket lika de observerade Fermi- och eROSITA-bubblorna.

Simuleringen, med gammabubblor i lila och röntgen i blått. (Yang et al., Nat. Astron., 2022)

Den stora tryckkontrasten mellan strålarna och den omgivande gasen i det interstellära mediet fick strålarna att expandera till ett par 'kokonger' eller 'bubblor', liknande radiobubblor som observerats i galaxhopar, fann forskarna.

'I dagsläget har kokongerna växt och nått en höjd av ~7,5 kiloparsec från det galaktiska planet. De kosmiska strålelektronerna i kokongerna som transporterades från det galaktiska centrumet interagerar med det interstellära strålningsfältet och lyser i gammastrålningsbandet när de observerade Fermi-bubblorna, skriver de i sin tidning .

Samma energiinjektion från det svarta hålet och efterföljande kokongexpansion tryckte gasen i den galaktiska haloen bort från den galaktiska haloen med överljudshastigheter, vilket bildade en utåtgående chock. Vid chockfronten orsakade komprimeringen av gas en ökning av den lokala gasdensiteten, vilket producerade förbättrad termisk Bremsstrahlung (bromsning) emission i röntgenbandet manifesteras som eROSITA-bubblorna.'

På grund av höga halter av damm är det galaktiska centrumet mycket svårt att se in i. Om bubblorna producerades av jetplan för cirka 2,6 miljoner år sedan, ger detta oss några ledtrådar om dess historia. Teamets modell tyder på att magnetiska fält och strålning undertrycktes när jetstrålarna lanserades. Att utforska mekanismerna varigenom detta kunde ha inträffat kan bli föremål för en framtida analys.

'Framtida undersökningar kommer ytterligare att avslöja effekten av denna energiska feedback på utvecklingshistorien för vår Vintergatans galax,' skriver forskarna , 'och hur denna händelse passar in i den bredare bilden av supermassiva svarta hål-galaxsamevolution i universum.'

Forskningen har publicerats i Natur astronomi .

Populära Kategorier: Samhälle , Okategoriserad , Förklarare , Tech , Människor , Plats , Natur , Fysik , Miljö , Åsikt ,

Om Oss

Publicering Av Oberoende, Beprövade Fakta Om Rapporter Om Hälsa, Rymd, Natur, Teknik Och Miljö.