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NASA观测伽马射线下超新星 残骸竟闪耀眼光芒

http://www.kexue.com 2011-12-16 09:10:52 搜狐科学  发表评论


科学家发现400年来能用肉眼看到的最亮的超新星

  据国外媒体报道,早在1572年11月,丹麦天文学家和占星学家第谷•布拉赫(Tycho Brahe)发现了仙后座中的一颗新星,它是400年来能用肉眼看到的最亮的超新星,并被命名为“第谷超新星”。现在,由美国宇航局(NASA)的费米伽马射线太空望远镜通过多年收集到的数据显示这颗破碎恒星的残骸在高能量的伽玛射线下闪着耀眼的光芒。这一发现的研究报告发表在12月7日的《天体物理学》杂志上。

  这一发现为天文学家提供了另一个了解宇宙射线源头的线索。宇宙射线是亚原子粒子,主要由质子组成,以接近光速的速度在宇宙空间运动。宇宙射线的源头及其加速到如此高速的机制一直是长期存在的谜团,因为穿越星系的旅途中,带电粒子加速通过银河系时很容易被星际磁场偏折,这使得它们的轨迹被搅乱,科学家无法追踪到它们的源头。该研究报告的首席作者、意大利巴里大学和意大利国家核物理研究所的弗朗西斯科•焦尔达诺(Francesco Giordano )说:“幸运的是,宇宙射线撞击星际气体和星光时产生了高能量的伽玛射线辐射,这些伽玛射线直接从源头到达费米太空望远镜。”

  更好地了解宇宙射线的源头是费米伽玛射线太空望远镜的主要目标之一。费米上的大视场望远镜(Large Area Telescope,LAT)会每三个小时对整个天空扫描一次,逐步建立起一个不断深入的伽玛射线天空。由于伽马射线是能量最高、穿透力最强的一种光线,从辐射源直线朝我们而来,因此它可作为粒子加速的路标。此项研究报告的共同作者、美国Kavli粒子天体物理和宇宙学研究所(the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology,KIPAC))的天体物理学家斯特凡•芬克(Stefan Funk)说;“这种检测为我们提供了另一个证据,支持超新星残骸可以使宇宙射线加速的观点。”

  1949年,物理学家恩里科•费米(Enrico Fermi )表示,能量最高的宇宙射线在星际气体云磁场会加速。在随后的几十年里,天文学家发现超新星残骸可能是最佳的宇宙射线加速地点。当恒星爆炸时,它会转化成一个超新星残骸,爆炸冲击波范围内的高温气体迅速膨胀。科学家预计冲击波前两侧的磁场可以捕捉它们之间的粒子,相当于亚原子乒乓球比赛。合著者之一、法国原子能委员会和巴黎第七大学(Paris Diderot University )的梅莉塔•纳曼-果多(Melitta Naumann-Godo )说:“一个超新星残骸的磁场比地球的磁场弱得多,但它们扩展成一个广阔区域,最终跨越数千光年,它们对带电粒子的形成起主要的作用。”带电粒子来回穿梭于整个超新星激波,并在每次穿梭时获得能量。它们最终摆脱其磁约束,逃脱超新星残骸,最终自由漫游于星系之中。费米大视场望远镜的持续观测对这种情况提供了额外的证据。许多年轻的残骸,如第谷,往往比老的残骸产生更多的高能量的伽玛射线。斯特凡•芬克补充说:“伽玛射线的能量反映产生加速粒子的能量,我们预计年轻的残骸内有更多的宇宙射线不断发展到拥有更高的能量,因为冲击波和它们的紊乱的磁场变得更强。” 相比之下,老的残骸具有较弱的冲击波,不能保留能量最高的粒子,大视场望远镜没有检测到相应能量的伽玛射线。

  1572发现的“第谷”超新星是天文学历史上最伟大的发现之一。这颗超新星连续15个月可见,挂在天上没有移动迹象,表明它远远超出了太阳,月亮和行星的范围。现代天文学家估计,该超新星残骸距离地球9000至11000光年远。经过两年半时间的观测,大视场望远镜的数据清楚地表明,十亿电子伏特((billion electron volt)的伽玛射线辐射的一个悬而未决的区域原来是“第谷”超新星的残骸,为便于比较,可见光的能量约2至3电子伏特。KIPAC的研究生基思•贝茨托尔(Keith Bechtol)是注意到它们的潜在联系的研究人员之一,他说:“我们认为,'第谷”超新星残骸闪光可能是费米一个重要的发现,它可能是我们确定一个光谱特征表明宇宙射线质子存在的最好的机会。”

  该科学小组的模型以大视场望远镜的观测结果为基础,连同地面基础设施、无线电和X射线数据映射的高能量万亿电子伏特(trillion electron volt)伽马射线。研究人员得出结论,被称为介子产生的过程最好解释这种闪光。首先,接近光速运行的质子碰撞到较慢移动的质子,这种交互作用创建一个不稳定的粒子--介子,它的质量只有质子的14%;第二,在极短的时间内,介子衰变成一对伽玛射线。如果这种解释是正确的,那么残骸内的某个地方,质子被加速到接近光速的速度,然后与慢粒子相互作用产生伽玛射线。

  这颗破碎的恒星包括伽玛射线、X -射线、红外线和光学数据。这颗令人难以置信的超新星残骸发生了“令人难以置信的”的事情,如果第谷•布拉赫得知这一发现也会很高兴。(尚力)

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