天文學家發現一鄰近脈衝星發出破紀錄能量的伽馬射線
文：莫心海
【編者注】宇宙的浩渺對人類永遠是個迷，無從知道其實質。現代天文學所認識到的只是用現代高科技捕捉到的天體在人類空間能觀察到的變化瞬間，科學家抓住這一刻的觀測數據，提出理論，假說，象盲人摸象，難以窺探到整體和其本質所在。如果只在人類這個空間去探索宇宙的奧秘，終歸是竹籃打水一場空。希望讀者從現代天文的發現中，能思考宇宙、人體、生命的真正意義何在。
距離地球近 1000 光年的地方有一顆旋轉的、高度磁化的中子星，它的密度非常大，一湯匙的重量相當於珠穆朗瑪峰的重量。它的名字是船帆脈衝星（Vela Pulsar）。
2023年10 月 5 日，科學家們宣布，來自納米比亞高能立體系統 (HESS) 天文台的數據表明，船帆座似乎釋放了有史以來探測到的來自脈衝星的最高能量伽馬光子輻射。這個物體似乎發出了能量高達20 太電子伏 (TeV)，即 20 萬億電子伏的伽馬射線光子（1電子伏特等於單個電子被1伏特的電加速后獲得的能量）。
法國天體粒子與宇宙學實驗室的發現小組負責人兼科學家 賈納提-阿塔（Arache Djannati-Ataï） 表示，為了綜合考慮這一點，你需要大約 2,000,000 個典型的太陽耀斑光子才能產生一個 20 TeV 的光子。「與可見光相比，需要大約 20萬億個 可見光子。」
船帆座脈衝星（位於中心）及其磁層的藝術家印象圖，磁層的邊緣由明亮的圓圈標記。 向外行進的藍色軌跡代表加速粒子的路徑。 它們通過與磁層中發射的紅外光子（紅色）碰撞，沿著旋轉螺旋臂產生伽馬輻射。（圖片來源：DESY 科學傳播實驗室）
雖然船帆座是一顆相當「正常」的脈衝星，每秒自轉 11 次，但研究人員解釋說，它是天文學的一個關鍵課題，因為它距離我們非常近——從宇宙角度來說，就是這樣。
通常，脈衝星預計會發射能量低於數十吉電子伏 (GeV) 的輻射，更不用說達到 TeV 的極端範圍了。（1 吉電子伏=10 億電子伏）。
賈納提-阿塔說：「我們一直在尋找來自船帆座的脈衝發射，但檢測到達到 20 TeV 的光子確實令人驚訝。」 迄今為止唯一一顆具有 TeV 級發射的脈衝星是蟹狀脈衝星，它距離地球6,000 多光年，但即便如此，發射能量也只達到了 1 TeV 左右。
最後，在我們討論這一高能觀測的一些含義之前，還有另一個關於船帆座的有趣發現值得討論。
冒著簡化的風險，研究小組發現船帆座的高能光子對應于以前未知的脈衝星光譜成分。脈衝星的「光譜」是指代表該物體發射的所有不同光強度和能量的圖表。
因此，從本質上講，通過 Vela 的頻譜，該團隊注意到 TeV 排放和較低水平排放之間存在急劇上升的模式和明顯的斷裂。這意味著高能光子不可能是低能光子的延續，直到達到 TeV 狀態。「這與蟹狀脈衝星形成鮮明對比，」賈納提-阿泰說，蟹狀脈衝星的能譜是其 GeV 發射的延續。
「在宇宙天體動物園中，脈衝星是非常棒的，」賈納提-阿泰說。「它們是宇宙實驗室，具有令人難以置信的功能，是我們迄今為止在地球上無法到達的。」
此外，賈納提-阿塔伊表示，這些發現對我們對脈衝星輻射源的理解提出了嚴格的限制。目前，科學家認為來源是脈衝星磁層中產生並加速的快速移動電子，然後電子向物體的外圍移動。然而，這個模型並沒有真正解釋團隊的觀察結果；需要發生其他事情才能產生能量高達 20 TeV 的輻射。至於是什麼過程能發出這麼高能的伽馬射線，天文學家目前還沒有線索。
關於這些結果的研究發表在 10 月 5 日的《自然天文學》雜誌上。
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來源:正見新聞網