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上海天文台对银河系中心费米气泡的理论研究获新进展
2015-08-25 | 编辑: | 【】【打印】【关闭

  导语:观测上,天文学家发现银河系中心有两个关于银心对称的伽马射线气泡。伽马射线气泡如何形成的?它的外形、亮度等特征该如何解释?上海天文台近年内建立了热吸积流盘风模型,能解释费米泡的外形等观测结果。近期,他们的工作再次取得新进展:利用该模型,计算出伽马射线辐射,且结果与观测有很好的符合。目前他们的工作已经被天文顶级国际期刊之一《天体物理杂志》接收。 

     银河系费米气泡是什么?天文学家为什么研究它? 

   2010年,哈佛大学的研究小组利用费米(Fermi)大视场望远镜发现了两个巨大的伽马射线气泡——费米气泡。这两个气泡大致关于银心对称,每个气泡的高度约为50度,宽度约为40度。 

  费米气泡是个重要的发现,它暗示银心在过去是活动的。通过研究费米气泡的形成,可以对银心过去百万年以及千万年时标上的活动性做出约束,并且费米气泡的伽马射线产生机制,对于探究银河系高能粒子的加速机制和加速效率,甚至对于研究暗物质,都是重要的观测约束。上海天文台牟国斌博士(导师:袁峰研究员)说,他是这一新进展工作的第一作者。 

     费米气泡的起源是什么? 

   关于费米气泡的起源,此前已有多个模型。按照伽马射线来源大致可以分成三种:轻子模型、强子模型和暗物质湮灭模型。轻子模型认为,伽马射线辐射来自于高能电子与银晕中的低能光子之间的相互作用(逆康普顿散射机制)。强子模型认为,伽马射线辐射来自于高能质子与银晕中星际介质的原子核(主要是质子)之间的相互作用所产生的介子的衰变。牟国斌接着解释,按照动力学划分,又可以分为喷流模型,辐射压驱动的风模型,恒星形成驱动的风模型等。 

     上海天文台对费米气泡起源的探索有哪些? 

 我们建立了热吸积流盘风模型,并且采用强子模型来解释伽马辐射,袁峰研究员说,这样做有几个原因,一方面,吸积盘尺度上的热吸积流数值模拟已经取得了许多重要进展,基于这些理论工作的盘风参数有着很强的物理基础;另一方面,我们模型设置的盘风的功率与很多独立的观测结果相吻合。袁峰研究员较早就投入了热吸积盘模型的研究领域,十几年来带领他的团组完成了一系列开创性的工作,为该领域的发展做出了杰出贡献,如发现了一个新的黑洞热吸积流解,是目前已知的两个热吸积流模型之一;提出了关于银河系中心黑洞的辐射低效吸积流模型等。 

  而关于利用热吸积流盘风模型来解释银河系中心的伽马射线费米气泡,牟国斌博士介绍说,“我们先后做了流体力学和双流体(热气体+宇宙射线质子)的磁流体数值模拟。通过模拟我们发现,费米气泡在大约一千万年前开始形成,这对银心在过去一千万年时标上的活动性给出了约束。另外,结果证明强子模型可以很好地解释费米气泡的外形、面亮度特征,以及伽马射线的谱能量分布和光度等观测结果(如下图所示)。此外,我们的模型也能解释北费米气泡外围的北银极支结构的温度和膨胀速度。

  拓展阅读——对话第一作者牟国斌: 
  问:你认为工作中最让你头疼的一点是什么? 
  答:工作中最让人头疼的是在计算伽马光度时,开始的时候强子模型所得到的伽马光度达不到观测上的光度。后来我们重新审视了盘风中高能质子的能量占比这个参量,我们认为可以提高这个参数,从而解决了这个问题。 
   问:你即将毕业,去往中国科技大学从事博士后工作。在毕业前,你最想和导师说些什么? 
  答:我想引用我博士毕业论文的一段话来回答这个问题: 
  特别感谢我的导师袁峰研究员。2011年完成代培回到天文台,初入科研界,对做什么方向,采用什么技术都茫然不知所从。袁老师为我一一指明。这些选择在后来才慢慢发现都是非常好的,富有前瞻性。袁老师鼓励我多参加会议并作报告,并多次教导如何作报告,这些都让我得到了极佳的锻炼。袁老师修改文章非常细致,并耐心教导各种注意事项,耗费很大的精力,即使针对小的会议论文亦是如此。袁老师严谨细致的态度和勤奋的品质,给我树立了极好的榜样。人言“授人以鱼不如授人以渔”,而袁老师不仅仅是“授渔”,更是指明了“渔场”在哪里,以及如何发现“渔场”,这些都将是陪伴我一生的财富。 
  该系列最新的科研文章在线链接:http://arxiv.org/abs/1505.00892 
   该系列上一个研究工作的链接:http://adsabs.harvard.edu/abs/2014ApJ...790..109M 
   科学联系人:牟国斌,gbmou@shao.ac.cn   袁峰,fyuan@shao.ac.cn  
  新闻联系人:左文文,wenwenzuo@shao.ac.cn, 021-34775125 

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