科學家首次繪製了銀河系超大質量黑洞附近恆星形成分子雲的三維地圖，揭示了人馬座A*過去的耀斑是如何與周圍氣體相互作用的。透過使用突破性的X射線斷層掃描技術，他們重建了這些雲的隱藏結構，揭示了它們在恆星形成和星系演化中的作用。 這項工作不僅揭開了我們銀河系暴力過去的秘密，也為研究其他星系類似的極端環境提供了強大的工具。

一種創造性的新方法利用數十年的數據來了解銀河系中心作為恆星誕生地的分子雲的三維結構。 資料來源：X射線： NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al： NASA/ESA/JPL/CalTech/Herschel; NASA/ESA/JPL/CalTech/Spitzer; Radio： ASIAA/SAO/SMA；影像處理： NASA/CXC/SAO/N.沃克

康乃狄克大學的研究人員首次繪製了銀河系最極端區域恆星形成氣體雲的三維地圖。 他們也研究了銀河系超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）過去發生的耀斑事件。

銀河系中心是一個異常動盪的環境，這裡的氣體溫度、密度和運動強度是銀河係其他地方的十倍。 偶爾，流入的氣體會到達Sgr A*，引發向四面八方輻射的強大X 射線耀斑。 這些耀斑透過一種稱為螢光的過程與附近的分子雲–新恆星形成的高密度氣體雲–相互作用。 當X射線在太空中移動時，它會隨著時間的推移照亮這些雲的不同層，就像X射線掃描揭示內部結構一樣。

銀河系中心石雲的X 射線和光學影像。 資料來源：X射線： NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al： NASA/ESA/JPL/CalTech/Herschel; NASA/ESA/JPL/CalTech/Spitzer; Radio： ASIAA/SAO/SMA；影像處理： NASA/CXC/SAO/N.沃克

康乃狄克大學物理研究員Danya Alboslani ’24（CLAS）和博士後研究員Samantha Brunker博士（隸屬於物理系副教授Cara Battersby領導的銀河實驗室）開發了一種新的X射線斷層掃描方法，繪製了被稱為”石頭”雲和”棍子”雲的兩幅銀河中心分子雲三維圖。

這些地圖是銀河中心分子雲在三維空間上的首次呈現。 1 月14 日在馬裡蘭州國家港舉行的美國天文學會（AAS）第245 次會議上，Alboslani 在題為”來自Sgr A* 的X 射線回波揭示了銀河中心分子云的三維結構”的報告中詳細介紹了這項研究。 兩篇手稿已提交給美國天文學會期刊，並可在arXiv 上查閱。

“石頭”雲的X 射線影像。 來源：NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al.

「我們可以研究銀河系中央分子區（CMZ）的過程，並利用我們的研究成果來了解其他極端環境。 雖然許多遙遠的星係也有類似的環境，但它們距離我們太遙遠，無法進行詳細研究。 透過更多地了解我們自己的銀河系，我們也了解了這些遙遠的星系，而這些星係是今天的望遠鏡無法分辨的，」Alboslani 說。

Alboslani解釋說，Sgr A*星系在過去曾經歷過強烈的活動期，當時它發射了X射線耀斑。 當這些X射線耀斑第一次出現在地球上時，我們還沒有X射線望遠鏡，但是X射線光與CMZ中的分子雲發生了相互作用。

“分子雲吸收了來自Sgr A*的X射線，然後重新向各個方向發射X射線。其中一些X射線正向我們射來，有一種非常特殊的能級，即6.4電子伏特中性鐵線，已被發現與分子氣體的緻密部分相關。”

「想像中心的黑洞產生這些向外輻射的X射線，並最終與CMZ中的分子雲相互作用，隨著時間的推移，它會突出顯示雲的不同部分，所以我們看到的是對雲的掃描。”由於銀河系中心充滿了大量塵埃，可見光可能會被遮擋，但可以看到Sgr A* 在強烈吸積事件中發射的X 射線。

Alboslani 的論文主要研究銀河中心分子雲”石頭雲”，而Brunker 的論文則研究”棍子雲”。 Brunker說：”整體形態的一致性，尤其是X射線和分子線數據中最密集區域的關聯是驚人的，這也是第一次在如此小的尺度上顯示出來。”

研究人員使用了美國國家航空暨太空總署（NASA）錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray Observatory）20年來的數據，創建了”石頭”和”棍子”分子雲的三維模型。 

Battersby解釋說，我們通常只能看到空間物體的兩個空間維度，而X射線層析成像法卻能讓我們測量雲的第三個維度，因為我們能看到X射線隨時間照射到雲的各個切片上。我們可以利用照射之間的時間延遲來計算第三個空間維度，因為X射線是以光速傳播的。

Alboslani 和Brunker 也利用亞毫米波陣列和赫歇爾空間天文台的數據，將在X 射線回波中看到的結構與在其他波長中看到的結構進行比較。 由於X 射線資料不是連續收集的，因此在亞毫米波段看到的一些結構在X 射線中看不到。 不過，他們利用這些”缺失的”結構來確定照射石雲的X 射線耀斑事件的持續時間。

Brunker說：”我們可以估算出在X射線中看不到的分子結構的大小，由此，我們可以通過模擬一系列耀斑長度的觀測結果，對X射線耀斑的持續時間進行限制。模型再現了類似大小的’缺失結構’的觀測結果，表明X射線耀斑的持續時間不會超過4-5個月。”

Battersby說：”雖然我們從二維收集的數據中了解到很多關於分子雲的信息，但新增的三維數據可以讓我們更詳細地了解新恆星如何誕生的物理原理。此外，這些觀測結果還對銀河系中心的全球幾何形狀以及Sgr A*星過去的耀斑活動提供了關鍵的約束條件，這些都是現代天體物理學的核心未決問題。”

像這種三維分子雲建模方法這樣的開創性方法正在幫助研究人員收集更多有關恆星形成條件的資訊。 這項工作的另一個令人興奮的方面是，它提供了一種使用檔案資料的新方法、

“未來推出的新儀器和望遠鏡將為天文學家提供更高的分辨率，讓我們能夠更詳細地研究天體。 不過，我們也可以回顧過去，對天體進行更長時間的研究，以提取新的信息–這正是本項目所做的工作。”

編譯自/ ScitechDaily