我们观测银河系内的天体活动时,映入眼帘的已是它稍纵即逝的过往,这是因为光速是有限的,任何天体发出的辐射都需要一定时间才能传到地球,在日常生活中,这种时间延迟可以忽略不计,但在星系尺度上,情况却完全不一样。
我们知道,星系内的距离动辄以千光年计,1千光年就是光在真空中传播1千光年的距离,所以当我们看到1千光年外的天体活动时,其实是它在1千年前的样子,1万光年外的天体,就是它在1万年前的状态……
实际上,此次发现的银河系内能量波,是人类迄今观测到覆盖范围最广且传播最稳定的星系内能量现象,观测数据表明,它起始于银河系中心方向,覆盖范围已延伸至银河系半径的三分之二处,距离地球最近点约2.3万光年,而这也就意味着,我们现在观测到的这股能量波,其实是它在2.3万年前就已出现的荡漾状态。
根据介绍,在此之前,欧洲空间局的盖亚卫星已经在光学波段对银河系内的恒星运动轨迹进行了长期监测,捕捉到部分恒星存在异常的径向震荡信号,暗示了星际空间可能存在能量扰动,然而仅凭光学波段观测,却无法准确揭示这一扰动的本质是能量波还是其他天体活动。
为了更加深入地了解这一银河系内的异常扰动,此次研究团队联合了美国的绿岸射电望远镜、钱德拉X射线天文台以及我国的郭守敬望远镜,对其进行了多波段协同观测。
与盖亚卫星不同的是,绿岸射电望远镜和钱德拉望远镜分别观测的是射电波段和X射线波段,而这正是探测星际等离子体震荡、分析能量波传播特性的最佳波段。
观测结果表明,这股能量波在射电波段呈现出明显的周期性强度变化,经过等离子体波动模型的拟合,科学家惊讶地发现,该能量波的传播速度约为300千米/秒,周期稳定在11.5年,其携带的总能量相当于10万颗太阳的瞬时辐射能量总和。
科学家指出,这是一个远超常规星系内能量扰动的规模,普通的超新星爆发产生的能量波在星系内传播时,速度会快速衰减且覆盖范围有限,而这股能量波不仅传播稳定,覆盖范围还在持续扩大。具体是什么机制引发的呢?此次研究给出的答案是,这是一种被称为“星系核区震荡反馈”(Galactic Nucleus Oscillation Feedback)的能量释放过程。
在这种情况下,银河系中心超大质量黑洞周围的吸积盘,因物质吸积速率的周期性变化产生剧烈的等离子体喷发,喷发的等离子体与星际介质相互作用形成能量波,能量波以稳定的速度在银河系内传播,由于星际介质的均匀性分布,能量波在传播过程中损耗极小,进而形成了我们观测到的大范围稳定荡漾现象,也正是因为如此,这种现象才被称为“银河系涟漪”(Galactic Ripple)。
为了搞清楚这股能量波对银河系演化的影响到底有多大,科学家利用现有观测数据建立起了银河系动力学模型,结果发现,这股能量波在传播过程中会持续加热星际介质,使沿途星际气体的温度升高约500K,同时会轻微改变部分恒星的运行轨道,作为对比,正常星际介质的温度仅为10-100K,而恒星轨道的自然变化周期通常以百万年为单位……
科学家指出,此次发现表明,银河系的演化并非是平稳的渐进过程,在有些时候,星系核区的活动会产生大范围的能量反馈,通过能量波的形式影响整个星系的物质分布和天体运动,而这种跨尺度的能量传递过程,就为我们解释“银河系中心活动如何调控星系整体演化”这个问题,提供了重要线索。
之所以说是“重要线索”,是因为我们现在并不知道这样的能量波在银河系的演化历史中出现过多少次,以及每次出现对星系生命历程的具体影响程度。