為什麼宇宙中有伽馬射線暴?卻沒有阿爾法射線暴和貝塔射線暴?

2020-12-13 科學探索菌

表面上看來,α射線、β射線和γ射線都是射線,但本質上是不同的,這三種射線在傳播過程中與物質的作用也各不相同。下面先來探討他們的本質。

α射線、β射線和γ射線,都是由核反應產生的。核反應主要分為核裂變、核聚變、粒子轟擊、放射性衰變,衰變屬於自然反應,而核裂變、核聚變和粒子轟擊可以人工幹預。

放射性元素的原子核會自發的衰變,比如鈾和鐳等,原子核的衰變按所釋放出的射線可以分為三種方式,即α衰變、β衰變和γ衰變。

(上圖為放射性元素鈾238的衰變之旅)

α射線、β射線和γ射線本質上是高速運動的高能粒子流。阿爾法衰變射出的是α粒子,而貝塔衰變射出的是電子,伽馬衰變射出的是光子。若以穿透力排名,γ粒子>β粒子>α粒子。

下面來簡單介紹一下。

1,α射線

α射線是高速運動的α粒子流

α粒子是核反應過程中產生的,它由兩個中子和兩個質子構成,本質上是氦的同位素氦4的原子核。

α粒子是帶兩個單位正電的高能粒子,質量很大為氫原子的4倍,速度可達每秒2萬公裡。正是因為質量大且帶電,它在穿過介質後會迅速失去能量,因此穿透力不大,一張薄紙就能將其阻擋。

地球上的氦氣主要就是地球上的放射性元素衰變產生的。

2,β射線

β射線是高速運動的電子流

電子相信就不用多介紹了,它是構成原子的重要粒子,帶有一個單位電荷。原子由帶正電的原子核(原子核由帶一個單位正電荷的質子和電中性的中子構成)和圍繞它的核外電子(負電子)組成。電子質量非常小,原子中99.9%的質量都集中於原子核上。

當原子核發生β衰變時,就會釋出高能電子,其速度可達光速的99%。不過僅僅一張鋁箔就能將其阻擋。

β衰變可分為三種

正貝塔衰變:原子核內的一個質子轉變為一個中子時,就會向外同時釋放一個正電子和一個中微子。

負貝塔衰變:原子核內的一個中子轉變為一個質子時,釋放的是一個負電子,還會產生一個反中微子。

軌道電子俘獲:即原子核從核外電子中俘獲一個電子(負電子)的衰變過程,原子核中一個質子吸收電子後將變為中子,這個過程並不會向外輻射電子,但會向外發射一個中微子。

(上圖為貝塔衰變的三種反應模式)

在貝塔衰變過程中,正電子若與負電子相遇,就會發生湮滅,並釋放出伽馬射線。

3,γ射線

γ射線是高能電磁波,或者說是光子流。

光子的質量為0,不帶電荷,以光速在空間中傳播。伽馬射線是波長短於0.1納米的電磁波。當原子核從激發態(高能狀態)轉變為基態時就會向外輻射出伽馬射線。

γ射線有很強的穿透力,需要較厚的鉛板才可以將其阻擋,如果是混凝土牆得需要1.5米才能徹底屏蔽它。即使這樣,伽馬射線也很難穿透大氣到達地表。要是沒有大氣層,陸地上估計也就不會有生命了。

宇宙中的伽馬射線主要產生於恆星的核聚變反應。

伽馬射線之所以具有如此強的穿透力,是因為光子沒有質量、沒有電荷,並且光具有波粒二象性,可以很容易的繞開障礙物。雖然所有粒子都具有波粒二象性,光子的波動性顯然更強。

什麼是伽馬射線暴?

伽瑪射線暴是來自天空中某一方向的伽瑪射線強度在短時間內突然激增的現象,持續時間在0.1-1000秒。伽瑪暴是發生在恆星級天體中的一種現象。伽瑪暴是宇宙中發生的最劇烈的爆炸。

恆星在生命的末期發生超新星爆發,以及黑洞或者中子星發生合併,都會產生伽馬射線暴。伽馬射線暴在宇宙中並不經常發生,一發生就是大事件。

據科學家們的推測,地球上的某次生物大滅絕事件就可能與伽馬射線暴有關。距離地球較近的高能伽馬射線會改變地球的大氣環境。

總結

α射線、β射線和γ射線在宇宙中廣泛存在,在宇宙射線中就存在這三種射線的蹤跡。宇宙射線中89%都是質子(氫原子核),剩下10%是α粒子(氦原子核),β粒子(電子)、γ射線(光子)和中微子等粒子佔據了餘下的1%。

經過上面的介紹,大家知道,阿爾法粒子和貝塔粒子帶有電荷,很容易與其他物質發生相互作用,傳播方向也很容易在電磁場的作用下發生偏轉。阿爾法粒子和貝塔粒子的穿透力也比較弱,正貝塔粒子還很容易發生湮滅反應,故不能形成射線暴。

(三種射線在磁場作用下的偏轉效果示意圖)

而伽馬射線卻不受電磁場的影響,且伽馬射線的穿透力本身就很強,容易聚集成束。形成射線暴的一個重要原因就是大量的高能輻射,在宇宙中顯然只有伽馬射線才具有這個資格,因為各種高能的恆星級天體活動(相對來說,最常見的就是超新星爆發),都會產生大量的伽馬射線。

(上圖為超新星爆發過程的藝術照)

綜上所述,宇宙中沒有α或者β射線暴是合情合理的,只有伽馬射線才能穿越數萬光年與我們相見。

感謝閱讀,熱愛科學的朋友,歡迎關注我。

相關焦點

  • 為什麼宇宙中有伽瑪(γ)射線暴,卻沒有α、β射線暴?
    α射線在恆星內部會有大量發生,在質子聚變鏈中它是副產品之一!雲室觀察到的鈾衰變過程釋放的α粒子和β粒子軌跡而重核的α衰變也是其產生的途徑之一,α粒子就是氦原子核,失去了兩個電子後它帶正電,因此它能電離其他物質或者很容易被周圍電場影響!
  • 宇宙中經常發生γ射線暴和X射線暴,為何沒聽過有α、β射線暴...
    α射線是高速氦原子核,β射線是高速電子,兩者都帶電荷,所以α射線和β射線的穿透力有限,很容易被星際氣體和塵埃阻擋;而γ射線是波長很短的光子,光子不帶電,加上高能光子的穿透力很強,所以宇宙中天體發出的射線很容易到達地球表面。
  • 伽馬射線暴的發現,宇宙裡最可怕的災難,竟能夠直接蒸發一個星系
    在宇宙裡,有許多現象非常奇特,也異常暴烈,其中最有名、最神秘,也最暴烈的就是伽馬射線伽馬射線是一種波長比X射線還短的電磁波,它的波長只有0.001納米(1納米是109米),這是種貫穿力極強、殺傷力也極大的射線,如圖1所示。
  • 伽馬射線暴:瞬間釋放的能量竟超太陽一生總和,殺傷力宇宙第一!
    伽馬射線暴的能量為什麼會這麼強?,我們需要了解一下伽馬射線,伽馬射線是波長短於0.01埃的電磁波,為原子核能級躍遷退激時 所釋放出的射線,它和我們所見的可見光差不多,可見光則是電磁波譜的一部分,電子波譜有許多分類 有長波 短波 ,有無線電 可見光 紫外線 伽馬射線等,射線的波長越短 能量就會越高,伽瑪射線爆說的是 在宇宙中的某個方向,伽馬射線的強度 在很短的時間裡,突然增強許多 隨後又減弱的一種現象
  • 伽馬射線有多恐怖?
    在天文學中,伽馬射線爆發又叫伽馬射線暴,那麼什麼是伽馬射線暴呢?它又來自何方呢?它的能量又究竟有多恐怖呢?冷戰時期,美國發明了一系列的軍事衛星來監測全球的核爆炸試驗,在這些衛星上安裝有伽馬射線探測器,用於監測伽馬射線爆發所產生的大量高能射線。
  • 科學家或觀察到迄今最古老伽馬射線暴,對理解宇宙早期星系和恆星...
    團隊同時還捕捉到來自該星系持續數分鐘的爆發信號,疑似與星系中一個伽馬射線暴有關。最新成果對理解宇宙早期星系和恆星形成具有重要意義,也為研究宇宙極早期天體打開了一扇窗口。江林華對科技日報記者說:「已知最遙遠的伽馬射線爆發發生在宇宙大爆炸後5億年左右。如果我們的研究獲得證實,這一發生於宇宙大爆炸後4億年左右的事件,將是已知最古老的伽馬射線暴。
  • 宇宙中最強的能量是什麼,它的威力有恐怖?
    通俗簡單的答案是:宇宙中最強能量爆發是超新星大爆發和伽馬射線暴。這是單個天體或者宇宙中任何單個的物體所能發出的能量。這種能量除了宇宙大爆炸時所發出的能量。實際上,超新星大爆炸和伽馬射線暴既是一回事又是兩回事。
  • 航天科技:我國首顆X射線天文衛星成功發射
    甄 哲攝(新華社發) 本報北京6月15日電 (記者馮華)記者從國防科工局獲悉:15日11時00分,我國在酒泉衛星發射中心採用長徵四號乙運載火箭,成功發射首顆X射線空間天文衛星「慧眼」。該衛星工程是國防科工局和中國科學院聯合組織實施的重大空間科學項目,填補我國空間X射線探測衛星的空白,將顯著提升我國大型科學衛星研製水平,實現我國在空間高能天體物理領域由地面觀測向天地聯合觀測的跨越。 「慧眼」全稱硬X射線調製望遠鏡衛星,是繼中歐合作地球空間探測雙星、「悟空」號暗物質粒子探測衛星和「墨子」號量子科學實驗衛星之後,我國又一顆重要的空間科學衛星。
  • 會有外星人嗎?一個快速射電暴在銀河系內的起源,終於被確定
    宇宙浩瀚無邊,人類生活在地球上,雖然看上去好像地球非常大,可事實上,地球不過是浩瀚宇宙中非常渺小的存在,在宇宙中,類似地球的星球數不勝數,這也讓科學家們相信,在宇宙中,除了人類,一定還有其它的地外文明存在。
  • 黑洞中心伽瑪射線爆發速度超過光速?科學家表示可以用相對論解釋
    如果相對論射流中產生伽馬射線爆發的波的傳播比光速快,則影響之一可能是時間可逆性。這樣的超速波實際上是可能的。我們知道,當光通過介質(例如氣體或等離子體)傳播時,其相速度要比 c 慢一些(c是真空中的光速,而據我們所知,這是宇宙的極限速度)。因此,波可以以超光速穿過伽馬射線爆發射流,而不會破壞相對論。
  • 宇宙中那些短暫而劇烈的電磁爆發現象
    是的,相比於恆星和宇宙長達百萬年至百億年的漫長演變,人類的一生哪怕是整個人類的歷史都顯得那麼的短暫,短暫到時間似乎都已經凝固。然而,在另外一個極端,當我們使用一些反應極為迅速和靈敏的,能夠在分、秒、毫秒乃至微秒時間尺度上分辨圖像差異的望遠鏡去觀察天空的時候,我們卻又將看到一個截然不同的宇宙,從中發現大量稍縱即逝的瞬間輻射現象,它們可能出現在從無線電波到伽馬射線的各個電磁波段。
  • 發明能產生強x射線和伽馬射線的新方法!
    科學家發明了一種基於非線性康普頓散射的產生強烈x射線和伽馬射線的新方法,其研究結果發表在《物理評論快報》上。康普頓效應類似於打網球,電子起球拍的作用,光子起球的作用。從快速電子拍中反射出來的光子獲得額外能量。它甚至不能飛得更快——速度限制禁止這樣做。
  • 宇宙最大的結構:寬度100億光年,是太陽直徑的7億億倍!
    由於這些早期的溫度波動隨後導致了密度波動,所以宇宙中的物質也是均勻分布的。如果宇宙中的物質不是如此平穩地均勻分布,那麼大型團塊就會吸引更小的物質團塊,宇宙將不會膨脹,而是在自身的引力作用下坍縮。然而,儘管宇宙在很大程度上是均勻的,但由於最初的不規則性,宇宙局部上是參差不齊的。
  • 慧眼號是怎麼「看到」X射線的?
    那麼,什麼是硬X射線?這隻「慧眼」是如何洞察宇宙的?讓我們一起來了解下吧~X射線也分「軟」「硬」?X射線我們都不陌生,地鐵安檢儀,醫院CT儀都離不開它。這種射線和生活中無處不在的可見光、無線電波、紅外線、紫外線一樣,屬於電磁波的一種。
  • 「快速射電暴」論文審稿人:「外星人」基本是無稽之談
    張冰:關於它們是什麼,現在沒有答案,而且在我看來今後二三十年也很難確定它們的起源。大家可能聽說過另外一種爆發源叫「伽馬射線暴」(GRB)。人們花了三十年才理解了其中一類——長暴的起源是大質量恆星坍縮;又過了二十年,另一類短暴的起源才得以解決(中子星併合)。
  • 首席科學家揭秘給衛星取名:「慧眼」有中英文名還有暱稱!
    張雙南介紹,它是我國首顆X射線天文衛星,由國家航天局和中國科學院共同資助。這顆HXMT衛星重約2.5噸,載荷重量981公斤,其上同時安裝了高、中、低能三組X射線望遠鏡,實際上是一座小型空間天文臺。它觀測的範圍是美麗的銀河系,研究的對象主要是黑洞、中子星和伽馬射線暴等緻密天體和爆發現象。