Ett par gigantiska gammastrålbubblor centrerade på kärnan av Vintergatans galax upptäcktes av Fermi Gamma-ray Space Telescope för 10 år sedan. Men hur dessa så kallade "Fermi-bubblor" uppstod var ett mysterium.

Nyligen, dock, forskare vid Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) vid den kinesiska vetenskapsakademin har presenterat en ny modell som, för första gången, förklarar samtidigt ursprunget till både Fermi-bubblorna och det galaktiska centrumets bikoniska röntgenstruktur, som upptäcktes 2003.

Enligt denna modell, de två strukturerna är i huvudsak samma fenomen och orsakades av den framåtgående chocken som drevs av ett par jetstrålar från Skytten A* (Sgr A*) – det supermassiva svarta hålet som lurar i det galaktiska centrumet – för ungefär fem miljoner år sedan. Studien publicerades i The Astrofysisk tidskrift .

Fermibubblor är två kolossala klumpar fyllda med mycket het gas, kosmiska strålar och magnetfält. Även om de inte kan ses med blotta ögat, de är mycket ljusa i diffusa gammastrålning. I gammastrålar, Fermi-bubblorna har mycket skarpa kanter och kanterna sammanfaller väl med en röntgenstruktur som kallas den galaktiska mitten bikoniska röntgenstrukturen.

Att se de mycket lika kanterna på Fermi-bubblor och den galaktiska mittens bikoniska röntgenstruktur, SHAO-forskarna insåg att dessa strukturer kan ha samma ursprung. Vidare, den bikoniska röntgenstrukturen kan naturligt förklaras av det chockkomprimerade tunna skalet av het termisk gas som drivs av ett tidigare energiutbrott från det galaktiska centrumet.

I tidigare teoretiska modeller och datorsimuleringar av Fermi-bubblorna, två stora konkurrerande energikällor föreslogs, dvs. stjärnbildning i det galaktiska centrumet och Sgr A*. Dock, i båda modellerna, Fermi-bubblorna förklaras som ejecta-bubblor, medan den framåtriktade stöten alltid är belägen mycket längre bort från kanten på Fermi-bubblorna. Med andra ord, dessa modeller kunde inte förklara Fermi-bubblorna och det galaktiska centrumets bikoniska röntgenstruktur samtidigt.

I kontrast, den teoretiska modellen i denna studie, föreslagit av Guo Fulai och hans doktorand Zhang Ruiyu från SHAO, använde datorsimuleringar för att för första gången visa att Fermi-bubblorna och den bikoniska röntgenstrukturen i det galaktiska centrumet är samma fenomen.

I denna modell, kanten på Fermi-bubblorna är den främre stöten som drivs av ett par jetstrålar som kommer från Sgr A* för cirka fem miljoner år sedan. "En bra sak med den här modellen är att Fermi-bubblornas energi och ålder kan begränsas av röntgenobservationerna ganska bra, ", sa motsvarande författare Guo Fulai. Åldern på bubblorna som härleds till i denna studie överensstämmer också med den som härrör från senaste ultravioletta observationer av några höghastighetsmoln längs många siktlinjer mot bubbelområdet.

Den nya modellen indikerar att den totala energin som injiceras under Fermi-bubblans händelse av det supermassiva svarta hålet är nära den som frigörs med cirka 20, 000 supernovor. Den totala materia som konsumeras av Sgr A* under denna händelse är cirka 100 solmassor.

"En annan mycket intressant sak som vi hittade i vår studie är att om bubblorna och den bikoniska röntgenstrukturen delar samma ursprung, det är mycket osannolikt att de produceras av stjärnbildning eller svarta hålsvindar, " sa Guo. Nära det galaktiska centrumet, den bikoniska röntgenstrukturen har en mycket smal bas, medan den framåtgående stöten som produceras av stjärnbildning eller svarta hålsvindar lätt kan fortplanta sig till stora avstånd, leder till en bas som är mycket bredare än vad som observerats.

I kontrast, kollimerade jetstrålar avsätter det mesta av energin snabbt till stora avstånd längs jetriktningen, vilket naturligtvis leder till en smal bas för stötfronten nära det galaktiska planet. Det supermassiva svarta hålet i vår egen galax har varit väldigt stilla de senaste åren utan några bevis på nuvarande jetaktiviteter, men "vår studie tyder starkt på att ett par kraftfulla jetstrålar emanerade från det för ungefär fem miljoner år sedan, varade i ungefär en miljon år, och producerade de gigantiska Fermi-bubblor som fortfarande ses idag, " tillade Guo.