X射线回声揭示银河系中心隐藏的3D景观
科学家们首次绘制了银河系超大质量黑洞附近恒星形成分子云的三维地图，揭示了人马座A*过去的耀斑是如何与周围气体相互作用的。通过使用突破性的X射线断层扫描技术，他们重建了这些云的隐藏结构，揭示了它们在恒星形成和星系演化中的作用。 这项工作不仅揭开了我们银河系暴力过去的秘密，还为研究其他星系类似的极端环境提供了有力的工具。
一种创造性的新方法利用数十年的数据来了解银河系中心作为恒星诞生地的分子云的三维结构。 资料来源：X射线： NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al： NASA/ESA/JPL/CalTech/Herschel; NASA/ESA/JPL/CalTech/Spitzer; Radio： ASIAA/SAO/SMA；图像处理： NASA/CXC/SAO/N. 沃克
康涅狄格大学的研究人员首次绘制了银河系最极端区域恒星形成气体云的三维地图。 他们还研究了银河系超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）过去发生的耀斑事件。
银河系中心是一个异常动荡的环境，这里的气体温度、密度和运动强度是银河系其他地方的十倍。 偶尔，流入的气体会到达 Sgr A*，引发向四面八方辐射的强大 X 射线耀斑。 这些耀斑通过一种叫做荧光的过程与附近的分子云--新恒星形成的高密度气体云--相互作用。 当X射线在太空中移动时，它会随着时间的推移照亮这些云的不同层，就像X射线扫描揭示内部结构一样。
银河系中心石云的 X 射线和光学图像。 资料来源：X射线： NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al： NASA/ESA/JPL/CalTech/Herschel; NASA/ESA/JPL/CalTech/Spitzer; Radio： ASIAA/SAO/SMA；图像处理： NASA/CXC/SAO/N. 沃尔克
康涅狄格大学物理研究员Danya Alboslani '24（CLAS）和博士后研究员Samantha Brunker博士（隶属于物理系副教授Cara Battersby领导的银河实验室）开发了一种新的X射线断层扫描方法，绘制了被称为"石头"云和"棍子"云的两幅银河中心分子云三维图。
这些地图是银河中心分子云在三维空间上的首次呈现。 1 月 14 日在马里兰州国家港举行的美国天文学会（AAS）第 245 次会议上，Alboslani 在题为"来自 Sgr A* 的 X 射线回波揭示了银河中心分子云的三维结构"的报告中详细介绍了这项研究。 两篇手稿已提交给美国天文学会期刊，并可在 arXiv 上查阅。
"石头"云的 X 射线图像。 资料来源：NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al.
"我们可以研究银河系中央分子区（CMZ）的过程，并利用我们的研究成果来了解其他极端环境。 虽然许多遥远的星系也有类似的环境，但它们距离我们太遥远，无法进行详细研究。 通过更多地了解我们自己的银河系，我们也了解了这些遥远的星系，而这些星系是今天的望远镜无法分辨的，"Alboslani 说。
Alboslani解释说，Sgr A*星系在过去曾经历过强烈的活动期，当时它发射出了X射线耀斑。 当这些X射线耀斑第一次出现在地球上时，我们还没有X射线望远镜，但是X射线光与CMZ中的分子云发生了相互作用。
"分子云吸收了来自Sgr A*的X射线，然后重新向各个方向发射X射线。 其中一些X射线正向我们射来，有一种非常特殊的能级，即6.4电子伏特中性铁线，已被发现与分子气体的致密部分相关。"
"想象中心的黑洞产生这些向外辐射的X射线，并最终与CMZ中的分子云相互作用，随着时间的推移，它会突出显示云的不同部分，所以我们看到的是对云的扫描。"由于银河系中心充满了大量尘埃，可见光可能会被遮挡，但可以看到 Sgr A* 在强烈吸积事件中发射的 X 射线。
Alboslani 的论文主要研究银河中心分子云"石头云"，而 Brunker 的论文则研究"棍子云"。Brunker说："整体形态的一致性，尤其是X射线和分子线数据中最密集区域的关联是惊人的，这也是第一次在如此小的尺度上显示出来。"
研究人员使用了美国国家航空航天局（NASA）钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory）20年来的数据，创建了"石头"和"棍子"分子云的三维模型。
Battersby解释说，我们通常只能看到空间物体的两个空间维度，而X射线层析成像法却能让我们测量云的第三个维度，因为我们能看到X射线随时间照射到云的各个切片上。我们可以利用照射之间的时间延迟来计算第三个空间维度，因为X射线是以光速传播的。
Alboslani 和 Brunker 还利用亚毫米波阵列和赫歇尔空间天文台的数据，将在 X 射线回波中看到的结构与在其他波长中看到的结构进行比较。 由于 X 射线数据不是连续收集的，因此在亚毫米波段看到的一些结构在 X 射线中看不到。 不过，他们利用这些"缺失的"结构来确定照射石云的 X 射线耀斑事件的持续时间。
Brunker说："我们可以估算出在X射线中看不到的分子结构的大小，由此，我们可以通过模拟一系列耀斑长度的观测结果，对X射线耀斑的持续时间进行限制。 模型再现了类似大小的'缺失结构'的观测结果，表明X射线耀斑的持续时间不会超过4-5个月。"
Battersby说："虽然我们从二维收集的数据中了解到很多关于分子云的信息，但新增的三维数据可以让我们更详细地了解新恒星如何诞生的物理学原理。此外，这些观测结果还对银河系中心的全球几何形状以及Sgr A*星过去的耀斑活动提供了关键的约束条件，这些都是现代天体物理学的核心未决问题。"
像这种三维分子云建模方法这样的开创性方法正在帮助研究人员收集更多有关恒星形成条件的信息。 这项工作的另一个令人兴奋的方面是，它提供了一种使用档案数据的新方法、
"未来推出的新仪器和望远镜将为天文学家提供更高的分辨率，让我们能够更详细地研究天体。 不过，我们也可以回顾过去，对天体进行更长时间的研究，以提取新的信息--这正是本项目所做的工作。"
编译自/ScitechDaily
