近日，《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了武汉大学物理科学与技术学院牟国斌研究员、王伟教授，厦门大学方陶陶教授等人在星际周介质领域的理论研究成果。该成果首次在理论上揭示出星系周介质相对于银河系存在剧烈的横向运动，并将其命名为星系周介质风。论文标题为“AsymmetriceROSITAbubbles as the evidence of acircumgalacticmedium wind”(“不对称的eROSITA气泡作为星系周介质风的证据”)。武汉大学物理科学与技术学院为第一单位，牟国斌为第一作者，牟国斌、方陶陶、王伟为共同通讯作者。

图1：银心超大质量黑洞产生外流与星系周介质作用产生多波段气泡。

银河系的星系周介质是指银河系星际介质之外，维里半径（距银心大约250-300千秒差距范围）以内的气体。这些气体主要由温度达百万开尔文的热气体组成。当前受观测仪器性能所限，星系周介质的运动学特征仍不清楚。最近十年以来，从射电到伽马射线，在银晕中有越来越多的大型气泡状遗迹被发现，其物理尺寸达数万光年。由于这些气泡在银心上下两侧大致对称分布，所以一般认为它们是在几百万到几千万年前银心超大质量黑洞吸积活动或剧烈恒星形成过程所驱动的外流在银晕中形成的遗迹。有趣的是，北晕气泡都呈现出明显的东-西方向的不对称性。如果星系周介质存在明显的横向运动，那么必将在银晕气泡上留下印记，因此气泡的不对称性可以为星系周介质的运动学研究提供一个绝佳的切入角度（图1）。气泡是银心外流与星系周介质作用形成的，那么气泡非对称性必然是银心外流或者星系周介质的某种性质所致，由此引出三种可能性：1）银心外流存在偏折；2）星系周介质在流体静力学平衡下密度呈不对称分布（左侧密度更高）；3）星系周介质存在横向运动。2018年工作（Mou, Sun & Xie, 2018, ApJ Lett.）通过解析模型估算出如果不对称性是由一个尚未被探测到的横向的风所致，那么风速应该高达100-200 km/s。

牟国斌等人首次借助流体力学数值模拟定量研究了这三种机制。结果表明，前两种都无法解释观测结果，只有第三种机制可以拟合观测（图2），并能自洽的解释其他多个独立观测结果。模拟结果显示，在银道坐标系中星系周介质朝右下方以200km/s的速度扫过银晕，深刻的影响了银晕气体的物理性质。不同于之前将星系周介质视为流体静力学平衡态或旋转状态的观点，该成果首次揭示出星系周介质的横向运动特征，表明星系周介质正在与银河系发生显著的作用。这一结果将有助于理解银河系中心黑洞的活动性，银河系演化过程，高速云和翘曲的中性氢盘的形成等多个前沿问题。

图2：X射线观测的气泡结构（上）与我们数值模拟结果（下）的比较。

该工作得到了科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36478-0

（图文：研究团队，编辑：王兴文，审核：张晨栋，张一飞）