X射线地图揭示星际“隧道”

X 射线地图揭示太阳系邻域的星际“隧道”

2024年10月29日，由 Max‑Planck Institute for Extraterrestrial Physics 领导的一个团队发表了一项详细的 X 射线研究，重新描绘了太阳周围的直接银河系环境。利用 SRG/eROSITA 望远镜的首次全天扫描数据，作者制作了局部热泡（Local Hot Bubble, LHB）的三维模型，并识别出了百万度等离子体的狭窄、低密度走廊——论文中将其描述为“隧道”——其中包括一个指向半人马座（Centaurus）的显著通道。这一结果并非科幻小说中的捷径，而是以更清晰、更高分辨率的视角，展现了超新星和恒星风如何冲刷出空腔，并将其跨越数百光年连接在一起。

绘制局部热泡地图

局部热泡是环绕太阳系的稀薄、发射 X 射线的气体区域。它在 20 世纪 70 年代被提出，用以解释在全天探测到的软 X 射线辉光：其核心观点是，古代超新星爆炸和强大的恒星风排空并加热了附近的星际介质，创造了一个直径从几十到几百秒差距的空腔。这项新研究利用 eROSITA 的软 X 射线灵敏度以及该任务在日地拉格朗日 L2 点的观测优势，构建了该气泡发射量和温度的空间分辨地图。该数据集使团队能够将热等离子体信号从前景干扰中分离出来，并建立气泡形状和内部结构的 3D 模型。

至关重要的是，eROSITA 是从地球散逸层之外观测天空的，并在接近太阳活动极小期时完成了首次全天巡天——这些条件减少了来自太阳风电荷交换的干扰，使软 X 射线背景更容易解读。正是这种更清晰的视野，让作者能够识别出 LHB 内部的精细结构，而之前的巡天只能对此初见端倪。

当论文提到“星际隧道”时，它并不是指可以承载航天器或以超光速传递信号的物理通道。相反，这个术语描述的是一个狭窄的区域，在那里较冷、较密的星际物质缺失，取而代之的是温度更高、密度更低的等离子体。在 X 射线地图中，这些区域表现为发射量增强且温度更高的连贯通道。其中一个特征位于天空坐标约 (l, b) ≈ (315°, 25°) 处，并指向半人马座（Centaurus）；另一个则与先前已知的大犬座 β（β Canis Majoris）隧道一致。这些通道被解释为过去高能事件的印记——超新星、恒星集群的集体恒星风，或是邻近超级泡的喷发——它们在星际介质的较冷阶段“打穿”了孔洞。

这些结构是如何形成与演化的

恒星反馈塑造了星际介质。当大质量恒星生命结束时，它们会作为超新星爆炸，释放出巨大的动能，将周围的气体扫入不断膨胀的壳层，并排空炽热的内部。如果一个地区发生了多次爆炸，或者来自年轻大质量星团的恒星风共同作用，被排空的体积就会增长为数百光年宽的超级泡。随着时间的推移，重叠的气泡、不对称的爆炸和周围介质的密度梯度产生了通道和喷口，热气体可以从中找到逃逸路径。eROSITA 地图增加了一个新的观测层面，显示其中一些路径是相对狭窄、连贯且长距离的。

因为绘制出的隧道中充满了温度约为 10^6 K 的等离子体，它们在软 X 射线波段非常明亮，但在光学波段几乎不可见；相反，尘埃和冷气体地图，加上吸收线数据集，对于确定热气体取代冷成分的位置至关重要。论文作者将他们的 eROSITA X 射线分析与现有的 3D 尘埃地图以及超新星遗迹和超级泡目录相结合，将这些特征置于更广泛的结构背景中。

为什么这对天文学和太阳系至关重要

首先，这张地图完善了我们对直接银河系邻域的认识。了解 LHB 的几何形状和压力会影响宇宙射线输运模型、星际气体进入日球层的渗透，以及对弥散 X 射线和紫外背景的解读。其次，连接通道的发现支持了一个更早的理论图像，即星际介质不是均匀的雾气，而是一个由隧道和烟囱连接的泡沫状气泡网络，在不同尺度间输送热气体。eROSITA 的结果通过解析先前混杂在一起的结构并量化整个气泡的温度变化，为这一图景提供了实证支持。

最后，更清晰的地图有助于规划后续观测。有针对性的距离测量——例如通过背景恒星的吸收线或经过视差校准的尘埃地图——将确定某个特定的 X 射线特征是位于几十秒差距之外，还是更遥远的超级泡的一部分。这对于判定一个通道是局部走廊还是无关远程结构的偶然排列至关重要。作者特别指出半人马座区域需要专门的光谱和距离分析，以理清重叠的发射信号。

区分头条新闻与物理事实

大众媒体对该论文的报道有时会使用生动的比喻——如“隧道”甚至“星际高速公路”——这引发了关于星际旅行或虫洞的投机性联想。这些想法并没有得到观测结果的支持。可穿越的虫洞仍然是推测性的理论构建，需要 X 射线地图并未证明的奇异物理学；eROSITA 发现的隧道是星际介质的宏观热学特征，由普通的物理过程产生。因此，负责任的报道需要将隐喻性语言与物理事实区分开来。

后续展望

资料来源

• Astronomy & Astrophysics (Yeung et al., "The SRG/eROSITA diffuse soft X‑ray background — I. The local hot bubble in the western Galactic hemisphere").
• Max‑Planck‑Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) 关于 eROSITA LHB 研究的出版材料。
• SRG/eROSITA 任务文档和仪器论文。