星系周介質可能正在沖擊銀河系

近日，武漢大學物理學院研究員牟國斌、教授王偉聯合廈門大學天文學系教授方陶陶首次在理論上揭示出星系周介質相對于銀河系存在劇烈的橫向運動，并稱之為星系周介質風。相關研究結果發表于《自然—通訊》。

銀河系的星系周介質是指銀河系星際介質之外，維里半徑（距銀心大約250-300千秒差距范圍）以內的氣體。這些氣體主要由溫度達百萬開爾文的熱氣體組成，受當前觀測儀器性能所限，這種氣體的運動學特征仍不清楚。而這一問題是理解星系周介質與銀河系相互作用及銀河系演化的關鍵。

最近十幾年來，從射電到伽馬射線，在銀暈中有越來越多的大型氣泡狀遺跡被發現，其物理尺寸達數萬光年。這些氣泡包括2008年威爾金森各向異性探測器(WMAP)發現并命名的WMAP霧，2010年費米大視場望遠鏡發現和命名的費米氣泡，2013年S波段偏振巡天項目（S-PASS）在2.3GHz發現的偏振射電瓣，以及2020年eROSITA X射線望遠鏡發現的與北暈一號圈組成一對的南暈X射線氣泡。

牟國斌告訴《中國科學報》，由于這些氣泡在銀心上下兩側大致對稱分布，所以一般認為它們是在幾百萬到幾千萬年前，銀心超大質量黑洞吸積活動或劇烈恒星形成過程所驅動的外流在銀暈中形成的遺跡。有趣的是，北暈氣泡都呈現出明顯的東西方向的不對稱性，同時南暈的費米氣泡、偏振射電瓣也呈現東西方向不對稱性，而南暈的X射線氣泡要比北暈暗弱的多。

牟國斌認為，如果星系周介質存在明顯的橫向運動，那么必將在這些銀暈氣泡上留下印記，因此氣泡的不對稱性可以為星系周介質，特別是臨近銀盤的那部分氣體的運動學研究，提供一個絕佳的切入角度（如圖所示）。

此前，牟國斌團隊的研究結果表明，如果北暈X射線氣泡不對稱性（當時尚未發現南暈X射線氣泡）是由一個未被探測到的橫向的風所致，那么通過解析模型估算出風速將高達100-200 km/s。但當時北暈X射線氣泡的本質究竟是距離太陽系幾百到幾千光年的臨近結構，還是數萬光年的大型銀暈結構尚存在爭議，而且該領域很多研究人員持前一種觀點，因此這項結論并未受到關注。

值得一提的是，2020年底，南暈X射線氣泡的發現證實了后一種觀點，并為解決非對稱性特征的起源問題帶來了契機。

在新研究中，研究人員進一步提出，氣泡是銀心外流與星系周介質作用形成的，那么氣泡非對稱性必然是銀心外流或者星系周介質的某種性質所致，由此引出三種可能性，即銀心外流存在偏折、星系周介質在流體靜力學平衡下密度呈不對稱分布（左側密度更高）、星系周介質存在橫向運動。

研究團隊首次借助流體力學數值模擬定量研究了非對稱性起源的三種可能性。結果表明，前兩種都無法解釋觀測結果，而只有第三種可以擬合觀測，并能自洽吻合其他多個獨立觀測結果，包括金屬豐度分布、高速云等。

模擬結果顯示，在銀道坐標系中星系周介質朝右下方以200km/s的速度掃過銀暈，深刻影響了銀暈氣體的物理性質。研究人員推測，這種風可能由銀河系在本星系群中的運動所觸發。

“不同于之前將星系周介質視為流體靜力學平衡態或旋轉狀態的觀點，該研究首次從理論角度揭示出星系周介質的橫向運動特征，表明星系周介質正在與銀河系發生顯著的作用。”牟國斌表示，這一結果將有助于理解銀心過去活動性的強度和方式，銀河系的演化過程，高速云和翹曲的中性氫盤的形成等多個前沿問題。

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