伽瑪射線 突發(fā)科學(xué)家從蟹狀星云探測(cè)到伽馬射線
大多數(shù)對(duì)天文學(xué)感興趣的人對(duì)蟹狀星云并不陌生,蟹狀星云又被稱為M1,位于距離地球6500光年的金牛座ζ星東北面。它是個(gè)超新星殘骸,源于一次超新星(SN 1054)爆炸。也就是說(shuō)這里是金牛座的超新星遺跡!
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離開蟹狀星云的超新星在大約一千年前,也就是1054年前爆發(fā)了,故而被稱為SN1054,中國(guó)天文學(xué)家記錄了這一事件。世界上其他少數(shù)天文臺(tái)也注意到了這一點(diǎn)。由于某種原因,當(dāng)時(shí)歐洲很少或根本沒有提及此事。
截止目前,蟹狀星云是科學(xué)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(xué)家正準(zhǔn)備用計(jì)劃新建立的施瓦希爾德庫(kù)德望遠(yuǎn)鏡來(lái)測(cè)試這一事實(shí)!這就是最新研制的施瓦茨柴爾德庫(kù)德望遠(yuǎn)鏡(pSCT)的原型機(jī),它將以極高的精度測(cè)量伽馬射線,使未來(lái)的發(fā)現(xiàn)成為可能。
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pSCT是由Cherenkov望遠(yuǎn)鏡陣列聯(lián)盟開發(fā)的一種新型望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)。CT陣列將配備100多臺(tái)地面望遠(yuǎn)鏡,在電磁頻譜的伽馬射線部分進(jìn)行觀測(cè)。pSCT是這項(xiàng)工作的關(guān)鍵,這些對(duì)蟹狀星云伽瑪射線的觀測(cè)是對(duì)未來(lái)的巨大嘗試。由于伽馬射線不能到達(dá)地球表面,所以康普頓伽馬射線天文臺(tái)和費(fèi)米伽馬射線空間望遠(yuǎn)鏡在干擾大氣上方的地球軌道上工作。當(dāng)伽馬射線與大氣相互作用時(shí),它們會(huì)產(chǎn)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(cè)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(xiàng)創(chuàng)新的技術(shù),設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了切倫科夫輻射。通過(guò)探測(cè)伽瑪射線撞擊地球大氣層時(shí)產(chǎn)生的切倫科夫輻射級(jí)聯(lián),研究人員可以了解伽瑪射線及其來(lái)源。
蟹狀星云
【 伽瑪射線|突發(fā)科學(xué)家從蟹狀星云探測(cè)到伽馬射線】蟹狀星云本身就是爆炸恒星噴出的膨脹氣體外殼,以每秒1500公里的速度向外移動(dòng),即光速的0.5%。星云內(nèi)部是蟹狀脈沖星,1968年首次發(fā)現(xiàn)蟹狀脈沖星時(shí),這是脈沖星第一次與超新星相連。蟹狀星云在無(wú)線電、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線中可見。
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蟹狀脈沖星發(fā)射出一股流出的相對(duì)論風(fēng),產(chǎn)生同步輻射。當(dāng)輻射擊中周圍星云中的物質(zhì)時(shí),會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的伽馬射線輻射。威斯康星州大學(xué)副教授賈斯汀·范登布魯克說(shuō):“蟹狀星云是天空中最明亮的穩(wěn)定的TeV或非常高能伽馬射線源,因此探測(cè)它是證明pSCT技術(shù)的一個(gè)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(zhì)在內(nèi)的極端物體的物理學(xué)。”可以說(shuō),pSCT和CT陣列的發(fā)展預(yù)示著伽瑪射線觀測(cè)和伽瑪射線天文學(xué)的新紀(jì)元。
高能伽馬射線天文學(xué)是一個(gè)相對(duì)年輕的領(lǐng)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,在那里光子能量可以高于100tev。這些射線在2019年才被證實(shí)存在,蟹狀星云的中心就是它們的來(lái)源。就在30多年前,TeV伽馬射線首次在宇宙中被探測(cè)到,來(lái)自蟹狀星云,這是一個(gè)真正的突破,用光打開了一扇宇宙之窗,它的能量是我們?nèi)庋鬯姷娜f(wàn)億倍,而pSCT將為我們打開著一扇大門!
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pSCT是以前切倫科夫望遠(yuǎn)鏡的雙鏡版本。雙反射鏡代表了超高能伽馬射線觀測(cè)技術(shù)的一次重大飛躍。增加了次鏡,可以更好地檢測(cè)微弱的伽馬射線源,并獲得更大的圖像細(xì)節(jié)。這項(xiàng)技術(shù)曾經(jīng)是理論上的極限,現(xiàn)在我們已經(jīng)完全掌握了,而對(duì)這項(xiàng)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷改進(jìn)將進(jìn)一步提高我們以我們?cè)?jīng)夢(mèng)寐以求的分辨率和速率探測(cè)伽馬射線的能力。
暗物質(zhì)
pSCT的令人興奮之處在于它可以用來(lái)研究宇宙學(xué)和天體物理學(xué)中的問(wèn)題。從一個(gè)已知的伽馬射線源進(jìn)行伽馬射線探測(cè)只是一個(gè)測(cè)試,科學(xué)家希望它最終 能夠幫助我們了解暗物質(zhì)粒子。根據(jù)超對(duì)稱理論,暗物質(zhì)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(kù)德望遠(yuǎn)鏡有望探測(cè)到它們。
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宇宙學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是暗物質(zhì)的性質(zhì)。暗物質(zhì)本質(zhì)的假設(shè)之一是弱相互作用的質(zhì)量粒子WIMPs。)一些理論指出,當(dāng)wimp相互作用時(shí),它們會(huì)湮滅,產(chǎn)生伽馬射線。而pSCT可以用來(lái)探測(cè)暗物質(zhì)非常密集的空間區(qū)域,并且檢測(cè)到這些信號(hào)。
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