有史以来能量最高的太阳伽马射线令科学家感到疑惑与惊讶

有史以来能量最高的太阳伽马射线令科学家感到疑惑与惊讶物理学家探测到了有史以来观测到的来自太阳的最强光。有时候，在光天化日之下才是隐藏秘密的最佳场所。问问太阳就知道了。太阳比我们所知道的更令人惊讶，密歇根州立大学博士后助理研究员梅尔-乌恩-尼萨（MehrUnNisa）说。"我们以为我们已经搞清楚了这颗恒星，但事实并非如此。"即将加入密歇根州立大学教师队伍的尼萨是《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）杂志上一篇新论文的通讯作者，这篇论文详细介绍了从太阳观测到的最高能量光的发现。这一发现背后的国际团队还发现，这种被称为伽马射线的光亮度惊人。也就是说，它的数量比科学家们之前预计的要多。虽然高能量的光线没有到达地球表面，但这些伽马射线却产生了明显的信号，尼萨和她的同事们利用高空水切伦科夫天文台（HAWC）探测到了这些信号。高空水切伦科夫天文台由美国国家科学基金会和国家人文科学与技术委员会资助，是故事的重要组成部分。与其他天文台不同，它全天候工作。自然科学学院物理与天文学系的尼萨说："我们现在拥有的观测技术在几年前是不可能实现的。在这种特殊的能量机制下，其他地面望远镜无法观测太阳，因为它们只能在夜间工作。"我们的望远镜全天候工作。"除了工作方式与传统望远镜不同之外，HAWC的外观也与普通望远镜大相径庭。HAWC使用的不是装有玻璃镜片的管道，而是一个由300个大型水箱组成的网络，每个水箱装有约200公吨的水。该网络位于墨西哥两座休眠火山山顶之间，海拔超过13000英尺。从这个制高点，它可以观测到伽马射线撞击大气层中空气的后果。这种碰撞会产生所谓的空气阵雨，有点像肉眼无法察觉的粒子爆炸。原始伽马射线的能量被释放出来，并在由低能量粒子和光组成的新碎片中重新分配。HAWC能够"看到"的正是这些粒子，以及它们在下落过程中产生的新粒子。当粒子与HAWC水箱中的水发生作用时，它们会产生所谓的切伦科夫辐射，这种辐射可以通过天文台的仪器探测到。尼萨和她的同事们从2015年开始收集数据。2021年，研究小组已经积累了足够的数据，可以开始对太阳的伽马射线进行足够仔细的研究。"在查看了六年的数据后，突然出现了这种过量的伽马射线，"尼萨说。"当我们第一次看到它时，我们想，'这肯定是我们弄错了。在这种能量下，太阳不可能这么亮。"太阳发出的光能量范围很大，但有些能量比其他能量更丰富。例如，通过核反应，太阳提供了大量可见光，也就是我们看到的光。这种光的能量约为1电子伏特，在物理学中是一种方便的测量单位。尼萨和她的同事们观测到的伽马射线的能量约为1万亿电子伏特，即1太电子伏特，缩写为1TeV。这个能量水平不仅令人惊讶，而且他们看到如此多的伽马射线也令人惊讶。20世纪90年代，科学家们曾预测，当高能宇宙射线--由黑洞或超新星等宇宙动力加速的粒子--撞击太阳中的质子时，太阳会产生伽马射线。但是，根据人们对宇宙射线和太阳的了解，研究人员还假设，很少会看到这些伽马射线到达地球。不过，当时还没有一种仪器能够探测到这种高能伽马射线，而且在一段时间内也不会有。2011年，美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜首次观测到了能量超过10亿电子伏特的伽马射线。在接下来的几年里，费米任务显示，这些伽马射线不仅能量非常高，而且数量比科学家最初预计的多出七倍。看起来还有更高能量的伽马射线有待发现。当望远镜发射到太空时，其探测器的大小和能力是有限的，例如费米望远镜对太阳伽马射线的测量最大值约为2000亿电子伏特。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392807.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392807.htm

伽马射线探测标记出来自太阳的最大光能量

伽马射线探测标记出来自太阳的最大光能量几十年后，这些伽马射线最终在2011年被美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜探测到。随着多年来观测次数的不断增加，费米发现太阳产生的伽马射线比预测值高出约七倍。探测到的伽马射线能量高达200千兆电子伏特（GeV），这是费米望远镜所能探测到的上限。因此，在新的研究中，科学家们使用了另一种仪器，它的灵敏度超过了这一极限。这台仪器被称为高空水切伦科夫天文台（HAWC），它的工作方式与普通望远镜不同。它由一系列300个大水箱组成，每个水箱装满200吨水。当伽马射线撞击地球大气层中的分子时，会产生一连串能量较低的粒子，这些粒子会与这些大水箱中的水分子发生相互作用。灵敏的仪器会密切关注这些相互作用，科学家们可以逆向计算出原始伽马射线的能量。研究人员利用HAWC在2015年至2021年间收集的数据发现，太阳产生的伽马射线能量远远超过了费米探测到的能量。这些伽马射线的能量达到了TeV级，有些甚至达到了近10TeV。研究报告的通讯作者梅尔-乌恩-尼萨（MehrUnNisa）说："在研究了六年的数据后，突然出现了这种过量的伽马射线。当我们第一次看到它的时候，我们就想，'我们肯定搞砸了。太阳在这些能量下不可能这么亮'。"但这六年来的大量数据表明，情况确实如此。研究小组表示，太阳究竟是如何产生这些能量的仍然是个谜，但进一步的研究将探究它们的能量如何变得如此之高，以及太阳磁场可能发挥的作用。这项研究发表在《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375469.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375469.htm

地球遭死亡恒星伽马射线轰击：可将人烧焦 科学家无法解释

地球遭死亡恒星伽马射线轰击：可将人烧焦科学家无法解释据其介绍，这些伽马射线是由船帆座的船帆脉冲星发射出来，其距离地球约1000光年，它是一颗大质量恒星的残骸，这颗恒星估计在1万年前作为超新星爆炸，然后自我坍缩。此外，纳米比亚高能立体系统（HESS）望远镜天文台的科学家兼研究报告作者威尔赫尔米表示，这些死星几乎完全由中子组成，密度惊人，一茶匙物质的质量超过50亿吨。并且，船帆脉冲星的直径只有大约19公里，每秒钟旋转11次，比直升机的旋翼还快。其发出的伽马射线，在电磁波谱中，伽马射线的波长最小，能量却最大。这些伽马射线的能量达到了20太电子伏特，大约是可见光能量的10万亿倍。论文作者表示，船帆脉冲星现在正式保持着迄今为止发现的伽马射线能量最高的脉冲星的记录，这可能会修正现有的天文学模型。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389309.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389309.htm

最强伽马射线暴 将会曝出这些超新星“猛料”

最强伽马射线暴将会曝出这些超新星“猛料”图1智利的双子座南望远镜对GRB221009A的观测（图片来源：双子星天文台/NOIRLab/NSF/AURA//B.O'Connor(UMD/GWU)&J.Rastinejad&W.Fong(西北大学)短短几小时间，全球数以万计的望远镜指向了爆炸的源头，纷纷记录下这载入史册的一刻。这一事件有个绰号叫做“BOAT”（brightestofalltime），官方名称是“GRB221009A”，科学家们希望通过它阐明在可怕的黑洞中的物理学知识。马里兰和乔治华盛顿大学的布兰登·奥康纳表示：“这是百年一遇，甚至是千年一遇的大事记，我们惊叹于它的出现，并十分庆幸自己有机会研究它。”其实，伽马射线并不稀奇，几乎每天都有一束掠过地球，宇宙中出现的次数更加频繁。大质量恒星超新星爆炸中产生中子星，这一恒星尸骸逐渐燃尽了能量，坍塌引起的伽马射线仅闪耀几分之一秒。而由黑洞引起的伽马射线能长达几分钟，它从超新星爆炸中产生，吞噬了母星的大量物质，不得以巨大射流的形式喷射出来。此次观察到的伽马射线暴相比以往格外突出，产生的光子轰击探测器长达十分钟，携带的能量远高于往常观测值。在18太电子伏特下，GRB221009A的光子能量是地球上最强大的粒子发生器——大型强子对撞机产生光子的两倍。伽马射线与宇宙尘埃相互作用产生的爆炸余波也很不寻常，尽管伽马射线源被银河系的厚带阻隔，但比之前所见的余辉都要闪耀，爆炸使地球大气层发生电离，干扰了长波无线电通信。图2智利的双子座南望远镜观测到的GRB221009A伽马射线暴（图片来源：双子星天文台/NOIRLab/NSF/AURA//B.O'Connor(UMD/GWU)&J.Rastinejad&W.Fong(西北大学)）布兰登·奥康纳表示，2022年10月14日，伽马射线发射五天后，我们借助智利的双子座南望远镜，追踪到了大约30%伽马射线的来源，它来自于充满灰尘的人马座星系，也被称作箭星系。同时也带来了另一个惊喜，此次伽马射线暴相比以往离地球更近。参加测量的西北大学学生吉利安·拉斯蒂内贾德说，该射线产生于大质量恒星的坍塌，这些恒星寿命很短。它们遵循宇宙中恒星的形成历史，所以恒星的形成越激烈，这些爆发也越多，大约是宇宙年龄的一半。然而，这次伽马射线暴发生时间较晚，距离我们更近。天文学家推测GRB221009A来源于地球外24亿光年处，此前也观察过更近距离的射线暴，但这次能量高显得非常突出。“正是由于足够耀眼，我们有充足的时间挖掘更多细节”，布兰登·奥康纳指出，“目前至少有50台望远镜在全波段观测，我们能够最大限度地利用科学技术”。实际上射线暴仅仅维持数分钟，但余波影响可持续数周。此外科学家们也致力于寻找超新星引发的爆炸，它向外喷射物质的速度更慢。布兰登·奥康纳说，我们目前的理解是大质量恒星向内坍缩形成黑洞，恒星的残骸不断被吸入，以喷流的形成从黑洞中喷射，并以接近光速运行，形成了伽马射线暴。同时，一部分残骸向外反弹，以较慢的速度运行，形成了超新星爆炸。图3最强伽马射线暴引燃的宇宙尘埃环（图片来源：NASA/Swift/A.Beardmore（英国莱斯特大学））最初形成的伽马射线暴与周围物质作用形成余波，拉斯蒂内贾德表示，该波长横跨电磁波范畴，在X射线和无线电波区域最适宜观察，科学家仍致力于观测射线余波，它首先被宇航局伽马射线追踪卫星Swift拍摄到，在爆炸后几小时在源头周围形成彩色环。望远镜现在可以看到GRB221009A处超新星爆炸的最初迹象，拉斯蒂内贾德指出，未来几周爆炸现象将完全呈现在我们面前，但由于爆炸源位置受限，我们可能无法看到整个超新星爆炸消亡。它逐渐去往太阳后方，所以持续到今年11底，我们在明年2月才能再次观测。她指出，2023年宇航局詹姆斯·韦伯和哈勃太空望远镜将一同加入该项工作，分别贡献出它们超强的光学和红外探测能力。探索爆炸产生的能量是一个标志性事件，对于探究其中的化学物质亦是如此，我们对于宇宙中一些重元素的产生仍不清楚，研究超新星有助于我们破解谜题。图4新生黑洞形成强大的伽马射线喷流（图片来源：NASA/ESA/M.Kornmesser)20世纪60年代，用于窥视苏联核试验的军用卫星偶然发现了伽马射线，几十年间伽马射线仍是一个谜题，直到90年代，科学家们首次意识到，隐藏在宇宙中各个角落的伽马射线可能与恒星坍缩有关。目前大量关于伽马射线的理解，仍然是基于理论计算和模拟，科学家们相信此次伽马射线暴将很好地修正之前的理论。科学家们将充分抓住这千载难逢的机会，未来几个月将有海量的文章发表出来。尽管能量类似的爆炸为科学研究带来了福音，但科学家们并不希望这类大爆炸发生在地球附近，最好也不要在我们的星系中。科学家们认为从几千光年外射向地球的伽马射线会破坏臭氧层，引发大气变化最终产生冰河时代。事实上，一次类似的伽马射线暴造成了地球上五大物种灭绝事件之一—约4.4亿年前的奥陶纪物种大灭绝。“幸运的是，此次喷流产生的伽马射线暴非常狭窄，只有几度宽”，布兰登·奥康纳表示，“如果它恰好发生在我们星系，直指我们，那可就危险了，不过好在这类现象发生的概率极低”。补充解释：①NOIRLab：NationalOptical-InfraredAstronomyResearchLaboratory国家光学红外天文研究实验室②NSF：NationalScienceFoundation国家科学基金会③AURA：AssociationofUniversitiesforResearchinAstronomy大学天文研究联合组织④太电子伏特亦即兆兆电子伏特，10^12ev⑤LHC：LargeHadronCollider大型强子对撞机⑥Swift：SwiftGamma-rayBurstExplorer雨燕γ射线暴探测器BY:TerezaPultarovaFY:gxm...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1418725.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1418725.htm

科学家发现脉冲星发出有史以来能量最高的伽马射线

科学家发现脉冲星发出有史以来能量最高的伽马射线脉冲星是在超新星爆炸中壮观爆发的恒星遗留下来的尸体。爆炸会留下一颗直径仅约20公里的微小死星，它的旋转速度极快，并具有巨大的磁场。H.E.S.S.的科学家埃玛-德奥纳-威尔赫尔米（EmmadeOñaWilhelmi）解释说："这些死星几乎完全由中子组成，密度惊人：一茶匙的物质质量超过50亿吨，大约是吉萨大金字塔质量的900倍。"脉冲星发出旋转的电磁辐射束有点像宇宙灯塔。如果它们的光束扫过我们的太阳系，我们就会看到每隔一定时间就会出现的辐射闪光。这些闪光也被称为辐射脉冲，可以在电磁波谱的不同能段中搜寻到。科学家们认为，这种辐射的来源是脉冲星的磁层中产生并加速的快速电子，它们正向脉冲星的外围移动。磁层由等离子体和电磁场组成，环绕恒星并与恒星共同旋转。波兰尼古拉斯-哥白尼天文中心（CAMKPAN）的布罗内克-鲁达克（BronekRudak）说："电子在向外运动的过程中获得能量，并以观测到的辐射束的形式释放出来。"维拉脉冲星位于南天的船帆座，是电磁波谱射电波段最亮的脉冲星，也是千兆电子伏特（GeV）范围内最亮的宇宙伽马射线持续源。它每秒旋转大约11次。然而，在超过几个GeV时，它的辐射就会戛然而止，这可能是因为电子到达了脉冲星磁层的末端，并从磁层中逃逸出来。但这并不是故事的结束：通过使用H.E.S.S.进行深入观测，现在又发现了一种能量更高的新辐射成分，其能量高达数十太电子伏特（TeV）。来自南非西北大学的合著者克里斯托-文特尔（ChristoVenter）说："这比以前从这个天体中探测到的所有辐射的能量高出约200倍。这种超高能量成分出现的相位间隔与在GeV范围内观测到的相位间隔相同。然而，要达到这些能量，电子可能要比磁层走得更远，但旋转发射模式需要保持不变。"领导这项研究的法国天体粒子与宇宙学（APC）实验室的AracheDjannati-Atai说："这一结果挑战了我们以前对脉冲星的认识，需要重新思考这些天然加速器是如何工作的。""粒子在磁层内或磁层外沿磁场线加速的传统方案无法充分解释我们的观测结果。也许我们看到的是粒子在光柱之外通过所谓的磁重联过程加速，而这一过程在某种程度上仍然保留了旋转模式？但即使是这种情况，也很难解释如此极端的辐射是如何产生的"。无论如何解释，Vela脉冲星现在正式保持着迄今为止发现的伽马射线能量最高脉冲星的记录。Djannati-Atai说："这一发现打开了一个新的观测窗口，利用目前和即将出现的更灵敏的伽马射线望远镜可以探测到数十太电子伏特范围内的其他脉冲星，从而为更好地了解高磁化天体的极端加速过程铺平了道路。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388431.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388431.htm

诡异的伽马射线爆发揭示了看不见但确实在发生的恒星毁灭过程

诡异的伽马射线爆发揭示了看不见但确实在发生的恒星毁灭过程这个空间怪胎是在2019年10月19日检测到的，因此被命名为GRB191019A。它持续了超过一分钟，被归类为一个长的GRB，这通常是由坍缩的恒星产生的。然而，天文学家们没有看到标志着恒星坍缩所带来的超新星的闪光。顾名思义，伽玛射线暴是强烈的伽玛辐射脉冲，像灯塔一样成束发射。最常见的原因是当一颗大质量的恒星坍缩成一个黑洞时，但它们也发生于双星残骸之间的碰撞--像中子星或白矮星--或者可能是当恒星被黑洞吞噬时。但是最近的一次探测似乎是来自于一个以前未知的来源。它的位置暗示了另一种起源。GRB191019A被追踪到一个古老星系的中心附近，那里通常有一百万或更多的恒星挤在一个相对较小的空间区域。有一个超大质量的黑洞将一切都旋转起来，恒星之间的碰撞变得越来越有可能，创造出研究人员所描述的恒星"毁灭德比"。而这正是产生像这里检测到的那个GRB的原因。这项研究的共同作者GiacomoFragione说："在密集的恒星系统中发现这些非同寻常的现象，特别是那些环绕着星系核心的超大质量黑洞的恒星，无可否认是令人激动的。这一非凡的发现让我们对这些宇宙环境中的错综复杂的动力学有了一个诱人的一瞥，将它们确立为事件的工厂，否则将被视为不可能。"该小组说，以这种方式产生的GRB可能是相当常见的现象，但天文学家可能会错过它们，因为这些环境往往被尘埃和气体所掩盖。找到更多的GRB对于了解恒星的死亡和星系的动态很有价值。这项研究发表在《自然-天文学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1367659.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1367659.htm