[论文解读] The Galactic Centre Chimney

G. Ponti, F. Hofmann+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 11, 2019

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 34被引用 35

一句话总结

本文报道发现银河中心烟囱（Galactic Centre Chimneys）——在大约100–160 pc尺度上连接银河中心与Fermi气泡的显著X射线结构——并讨论它们的能量学、形态及可能的驱动机制，与间歇性GC喷出相关。

ABSTRACT

Evidence has increasingly mounted in recent decades that outflows of matter and energy from the central parsecs of our Galaxy have shaped the observed structure of the Milky Way on a variety of larger scales. On scales of ~15 pc, the Galactic centre has bipolar lobes that can be seen in both X-rays and radio, indicating broadly collimated outflows from the centre, directed perpendicular to the Galactic plane. On far larger scales approaching the size of the Galaxy itself, gamma-ray observations have identified the so-called Fermi Bubble features, implying that our Galactic centre has, or has recently had, a period of active energy release leading to a production of relativistic particles that now populate huge cavities on both sides of the Galactic plane. The X-ray maps from the ROSAT all-sky survey show that the edges of these cavities close to the Galactic plane are bright in X-rays. At intermediate scales (~150 pc), radio astronomers have found the Galactic Centre Lobe, an apparent bubble of emission seen only at positive Galactic latitudes, but again indicative of energy injection from near the Galactic centre. Here we report the discovery of prominent X-ray structures on these intermediate (hundred-parsec) scales above and below the plane, which appear to connect the Galactic centre region to the Fermi bubbles. We propose that these newly-discovered structures, which we term the Galactic Centre Chimneys, constitute a channel through which energy and mass, injected by a quasi-continuous train of episodic events at the Galactic centre, are transported from the central parsecs to the base of the Fermi bubbles.

研究动机与目标

• 在银河中心区域对中间尺度(~100–200 pc)的新X射线结构（烟囱）进行特征化。
• 研究烟囱的物理属性（温度、密度、压强）及它们与银河中心叶区（Galactic Centre Lobe）和Fermi气泡的联系。
• 评估烟囱及相关喷流的能量学及可能的驱动机制。
• 将烟囱的特性与已知GC喷出特征及晕结构进行比较，以推断其起源与约束。

提出的方法

• 结合XMM-Newton与Chandra X-ray观测，在银河系中央约300×500 pc区域绘制弥散发射图。
• 使用多成分XSPEC建模（Tbabs(apec+pow+gauss+gauss)+Tbabs apec）分解光谱，以推导等离子体温度与发射率。
• 利用假设深度（±15 pc叶的深度为15 pc；烟囱和高纬度发射的深度为150 pc）和表面亮度推导密度和压强分布，以估算n与P。
• 使用等高轮廓分箱(contbin)创建具有均匀信噪比的区域用于空间分辨光谱分析。
• 比较N_H、kT与表观亮度的纬向与经向剖面，以将烟囱解释为潜在的喷流通道。
• 从热能与声波横跨时间估算能量学，以推断这些特征的功率需求。

实验结果

研究问题

• RQ1 北部和南部的银河中心烟囱是否与中央GC区域及GCL在物理上相连？
• RQ2 烟囱的温度、密度与压强剖面为何，及它们对其约束性或喷流性质的含义？
• RQ3 烟囱是否代表内侧±15 pc叶的延续，还是一种独立、较宽的喷流分量？
• RQ4 哪些能量预算与驱动机制（如超新星、潮汐撕裂事件，或Sgr A*活动）可以解释烟囱及其与Fermi气泡的联系？
• RQ5 磁场、星际介质结构与银河天气如何影响这些特征的形态与约束？

主要发现

• 突出、边缘亮度增强、壳状的结构（烟囱）向北延伸约160 pc，Sgr A*以北，以及南侧的明亮拉伸特征，连接GC至大脑区并与GCL和X射线边界区域重叠。
• 烟囱在约160 pc的范围内，等离子体温度kT约为0.7–0.8 keV，密度在30 pc附近约为0.2 cm^-3，至160 pc降至约0.1 cm^-3。
• 纬向剖面指示压强梯度，支持喷流情景，能量含量与几何形状提示其为喷流通道，而非静态晕特征。
• 烟囱中的X射线发射气体的热能约为4×10^52 erg，在约3×10^5年时间尺度内估计功率约为4×10^39 erg s^-1，与星形成驱动风或潮汐撕裂事件等能量来源相容。
• Sgr A*附近的±15 pc叶与烟囱很可能来自两种不同的喷流，可能由间歇性能量释放驱动，烟囱作为将GC与Fermi气泡相连的通道。
• 假设填充因子与金属性适当，该形态支持被致密ISM相或磁压（B约60–90 μG）的约束，并暗示来自平面源的分布式能量注入。）