發現銀河系龐大熾熱氣體「銀暈」 消失的重子有解

▲包圍銀河系的龐大熾熱氣體「銀暈」。(圖/引用自臺北天文館之網路天文館網站)

國際中心/綜合報導

天文學家利用美國、歐洲和日本的X射線觀測衛星觀測資料,發現銀河系周圍氣體暈可從銀河系中心向外延伸達數十萬光年遠,且氣體暈的總質量相當於銀河系所有恆星加起來的的總質量。如果能確認這個氣體暈的大小和質量,或許可以解決懸宕已久的銀河系「消失的重子(missing-baryon)」問題。

上圖是藝術家筆下想像的銀河系被為數龐大的熾熱氣體包圍成暈的景象,並在銀河系左下角繪製銀河系最大的兩個衛星星系—大麥哲倫星系和小麥哲倫星系的相對位置。這張圖中繪製的龐大氣體暈的半徑高達300,000光年,不過它很可能延伸的更遠。

所謂的重子,是包含質子和中子在內的一種粒子總稱,宇宙中已知的各類原子質量有99.9%是由重子所組成。測量距離非常遙遠的星系及氣體暈的結果顯示,當宇宙僅有數十億歲的時候,重子的質量和密度只有那些看不見的暗物質的1/6而已。在約100億年之後的現在,科學家對銀河系和鄰近星系中的恆星和氣體所做的重子統計顯示,至少有半數的重子下落不明。

Anjali Gupta等天文學家利用錢卓等X射線觀測衛星,測量銀暈的溫度、涵蓋範圍和質量等。其中,錢卓觀測到8個離銀河系數億光年遠的明亮X射線源,且觀測資料還顯示這些遙遠X射線源所發出的X射線,有部分被鄰近銀河系區域內的氧離子吸收掉了。這些天文學家估計這個會吸收X射線的銀暈的溫度約在絕對溫度100萬~250萬度之間,比太陽表面溫度還熱數百倍以上。

之前有其他研究結果顯示,銀河系和其他星系被溫度介在絕對溫度10萬~100萬度之間的溫暖氣體(warm gas)包圍;也有研究顯示包圍銀河系和其他星系的氣體暈中,也含有溫度超過100萬度、溫度比溫暖氣體高一些的熾熱氣體(hot gas)。而Gupta等人的最新研究提供證據,證明包圍銀河系的熾熱氣體暈的質量比溫暖氣體暈大許多。

Gupta表示,「我們已經知道銀河系周圍有氣體暈環繞,我們也知道這些氣體溫度有多高。但最大的問題是:這個氣體暈的範圍到底有多大?總質量到底有多少?」從錢卓、XMM-newton和朱雀號觀測到氣體暈輻射出的X射線資料,Gupta等人估計氣體暈總質量很可能高達100億倍太陽質量以上,甚至可能高達600億倍太陽質量。

此外,由觀測資料估計所得的氣體暈範圍,可能從銀河系向外延伸達數億光年遠,或者甚至延伸進四周的本星系群星系周圍;無論是前述哪一種涵蓋範圍,都顯示氣體暈的總質量非常龐大。估計氣體暈的關鍵因素包括氧相對於氫的含量,而氫是氣體暈的主要組成成分。

雖然Gupta等人的研究仍具有不確定性,但已是迄今有關銀河系消失重子其實藏在百萬度氣體暈中的最佳證據了。不過,這個氣體暈的密度非常低,如果其他星系周圍也有類似的氣體暈,很可能會因為密度過低而偵測不到。(文/引用自臺北天文館之網路天文館網站)

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