剛剛!地球探測到1054年前蟹狀星雲爆發出的伽馬射線!

2020-12-22 遨遊世界科學

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大多數對天文學感興趣的人對蟹狀星雲並不陌生,蟹狀星雲又被稱為M1,位於距離地球6500光年的金牛座ζ星東北面。它是個超新星殘骸,源於一次超新星(SN1054)爆炸。也就是說這裡是金牛座的超新星遺蹟!

離開蟹狀星雲的超新星在大約一千年前,也就是1054年前爆發了,故而被稱為SN1054,中國天文學家記錄了這一事件。世界上其他少數天文臺也注意到了這一點。由於某種原因,當時歐洲很少或根本沒有提及此事。

截止目前,蟹狀星雲是科學家研究最多的天體之一。它是天空中最明亮的伽馬射線源,科學家正準備用計劃新建立的施瓦希爾德庫德望遠鏡來測試這一事實!這就是最新研製的施瓦茨柴爾德庫德望遠鏡(pSCT)的原型機,它將以極高的精度測量伽馬射線,使未來的發現成為可能。

pSCT是由Cherenkov望遠鏡陣列聯盟開發的一種新型望遠鏡設計。CT陣列將配備100多臺地面望遠鏡,在電磁頻譜的伽馬射線部分進行觀測。pSCT是這項工作的關鍵,這些對蟹狀星雲伽瑪射線的觀測是對未來的巨大嘗試。由於伽馬射線不能到達地球表面,所以康普頓伽馬射線天文臺和費米伽馬射線空間望遠鏡在幹擾大氣上方的地球軌道上工作。當伽馬射線與大氣相互作用時,它們會產生所謂的切倫科夫輻射。可以觀察到切倫科夫輻射。

伽馬射線在太空中很容易被探測到,伽馬射線照射到大氣中的切倫科夫輻射太微弱,人眼看不見。但新的pSCT是一項創新的技術,設計時考慮到了切倫科夫輻射。通過探測伽瑪射線撞擊地球大氣層時產生的切倫科夫輻射級聯,研究人員可以了解伽瑪射線及其來源。

蟹狀星雲

蟹狀星雲本身就是爆炸恆星噴出的膨脹氣體外殼,以每秒1500公裡的速度向外移動,即光速的0.5%。星雲內部是蟹狀脈衝星,1968年首次發現蟹狀脈衝星時,這是脈衝星第一次與超新星相連。蟹狀星雲在無線電、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線中可見。

蟹狀脈衝星發射出一股流出的相對論風,產生同步輻射。當輻射擊中周圍星雲中的物質時,會產生強大的伽馬射線輻射。威斯康星州大學副教授賈斯汀·范登布魯克說:「蟹狀星雲是天空中最明亮的穩定的TeV或非常高能伽馬射線源,因此探測它是證明pSCT技術的一個極好的方法。其中高能的伽馬射線是宇宙中能量最高的光子,可以揭示包括黑洞和可能的暗物質在內的極端物體的物理學。」可以說,pSCT和CT陣列的發展預示著伽瑪射線觀測和伽瑪射線天文學的新紀元。

高能伽馬射線天文學是一個相對年輕的領域,伽馬射線的光子能量在100kev(千電子伏特)以上,而所謂的超高能伽馬射線,在那裡光子能量可以高於100tev。這些射線在2019年才被證實存在,蟹狀星雲的中心就是它們的來源。就在30多年前,TeV伽馬射線首次在宇宙中被探測到,來自蟹狀星雲,這是一個真正的突破,用光打開了一扇宇宙之窗,它的能量是我們肉眼所見的萬億倍,而pSCT將為我們打開著一扇大門!

pSCT是以前切倫科夫望遠鏡的雙鏡版本。雙反射鏡代表了超高能伽馬射線觀測技術的一次重大飛躍。增加了次鏡,可以更好地檢測微弱的伽馬射線源,並獲得更大的圖像細節。這項技術曾經是理論上的極限,現在我們已經完全掌握了,而對這項技術和電子技術的不斷改進將進一步提高我們以我們曾經夢寐以求的解析度和速率探測伽馬射線的能力。

暗物質

pSCT的令人興奮之處在於它可以用來研究宇宙學和天體物理學中的問題。從一個已知的伽馬射線源進行伽馬射線探測只是一個測試,科學家希望它最終能夠幫助我們了解暗物質粒子。根據超對稱理論,暗物質粒子被稱為中性粒子(通常被稱為WIMPs),它們相互湮滅,形成一系列粒子和輻射,其中包括中等能量的伽馬射線。施瓦希爾德庫德望遠鏡有望探測到它們。

宇宙學中的一個關鍵問題是暗物質的性質。暗物質本質的假設之一是弱相互作用的質量粒子WIMPs。)一些理論指出,當wimp相互作用時,它們會湮滅,產生伽馬射線。而pSCT可以用來探測暗物質非常密集的空間區域,並且檢測到這些信號。

未來,pSCT能幫助我們解開暗物質的奧秘嗎?我們拭目以待吧!

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