美用伽馬射線望遠鏡繪製首個全天空圖

2020-12-07 科學網

 

據美國《國家地理》雜誌報導，利用最近發射的伽馬射線大區域太空望遠鏡(GLAST)所獲得的最初觀察結果，科學家繪製出了首個伽馬射線源全天空圖。此圖揭示此望遠鏡將可能解開天體物理學中的一些最令人困惑的問題。

 

8月26日，伽馬射線大區域太空望遠鏡(GLAST)被正式命名為費米伽馬射線太空望遠鏡，是以獲得諾貝爾獎的物理學家恩裡科·費米的名字命名的。費米是第一個說明宇宙粒子如何加速到高速度的人，他的解說為了解宇宙中強大的伽馬射線爆發打下了基礎。

 

此耗資6.9億美元的太空望遠鏡於6月11日由德爾塔2型火箭從美國佛羅裡達州卡納維拉爾角空軍基地點火升空，目前在距地球表面大約565公裡高度的軌道飛行，每隔90分鐘繞地球一周，進行為期5年的任務。這臺望遠鏡長約2.8米，直徑約2.5米。此望遠鏡通過伽馬射線來掃描天空，而伽馬射線是電磁波頻譜最有能量的波長，我們的肉眼看不到。

 

此高能量輻射來自各種遙遠且知之甚少的宇宙來源，包括中子星、特大黑洞、重大宇宙事件如伽馬射線噴射。美國天體物理學部門的主任喬恩·摩爾斯在26日下午舉行的簡短新聞發布會上說：「此新望遠鏡將探測宇宙中最極端的環境。」

 

利用此望遠鏡頭95小時進行的主動觀察，任務科學家繪製了首個伽馬射線源全天空圖，揭示了宇宙中各種伽馬射線輻射源。美國宇航局戈達德太空飛行中心的該項目科學家史蒂夫·裡茲稱此新圖是將要發生事件的一種預見。其突出之處是，費米望遠鏡的空前的視角可以在短短的3小時內給整個天空成像，而先前做同樣的工作得需要1年多時間才能完成。

 

當伽馬射線爆發時，此寬闊視角能讓科學家看到伽馬射線爆發的來源，之後把信息告訴給其它觀察者，以繼續觀察這一過程。伽馬射線大區域太空望遠鏡的首席調查員、美國史丹福大學的彼得·邁克遜說：「我們具有全天空的報警能力。當有這樣的事情要發生時，我們能看到它將要來臨，我們也能看到它的頂峰時刻，甚至還能看到它消失的時刻。這讓我們極大地洞悉這些天體的物理學特性。」

 

忙碌的星系中心

 

伽馬射線短波能被地球大氣攔截，因此當此高能量的射線穿過傳統望遠鏡的透鏡時，它們很難跟蹤到這種射線。但基於愛因斯坦的著名物理公式E=mc2，科學家知道伽馬射線的能量在合適條件下能成為觀察的素材。費米望遠鏡利用16個覆有一層金屬鎢和矽條的探測器塔來記錄伽馬射線。當伽馬射線打在這層金屬鎢上時，它就會成為一對亞原子粒子。之後，矽條跟蹤這些粒子的路徑，揭示此伽馬射線來自哪裡。

 

了解伽馬射線之源是解開一些宇宙之謎的關鍵，如暗物質的自然屬性，黑洞如何加速物質達到近光速的速度，以及太陽耀斑如何產生危險的高能粒子。此研究還能回答有關我們銀河系組成和動力學的基本問題。美國宇航局的裡茲說：「銀河系中心是一處難以置信的忙碌之地，也是特別擁擠的地方。我們知道銀河系中心有一個特大的黑洞，還時常發生許多高能量爆發過程。」

 

在由費米望遠鏡數據繪製的此新圖中，中心區域的明亮帶揭示出非常高能量的伽馬射線來自銀河系的中心。邁克遜說：「這種輻射主要是由高能量宇宙射線與塵埃和氣體撞擊所產生的伽馬射線導致的。」他表示此新圖也顯示出船帆座脈衝星是一顆旋轉的中子星，是這片天空中最亮的來源。

 

強大的爆發

 

來自美國馬歇爾太空飛行中心的費米望遠鏡的首席調查員奇普·梅幹表示，除了此全天空圖之外，來自費米望遠鏡的首批數據還記錄了伽馬射線一天的爆發情況和任何衛星的最高探測頻率。這種任意位置所產生的強大爆發表明費米望遠鏡14個探測器都在很好地工作。

 

科學家對伽馬射線爆發特別有興趣，因為他們可以由此觀察到最明亮的宇宙事件，其中有可能就是巨大恆星的死亡爆炸。

 

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