星系核心上下的巨大氣泡,可能是神祕宇宙射線起源地

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 05 日 18:49 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly


你一定看過由沐浴乳搓洗出來的泡泡,它們由一層薄膜組成,包裹著少量空氣;太空中的星系也存有類似的氣泡,只是它們延伸了數千光年遠。現在,科學家進一步發現這些氣泡是天然的粒子加速器,在邊緣處產生高能粒子,可能是宇宙射線的起源地。

我們的銀河系就有兩顆巨大球形氣泡,位於銀河核心南部和北部,直徑各約 25,000 光年,科學家將它們命名為費米氣泡,由費米伽瑪射線太空望遠鏡在 2010 年時發現(做為比較,太陽系直徑約 2 光年),科學家推測氣泡可能是超大質量黑洞消耗物質後,沿著磁場線噴出的高速等離子噴流,或來自星爆的衝擊波,將大量恆星形成時所釋放的氣體推向太空。

而最近,密西根大學團隊在調查 NGC 3079 星系時有了新的見解。

NGC 3079 星系為棒旋星系,距離銀河系約 6,700 萬光年,一個明顯特徵就是星系中心也有一對往外噴發的巨大氣泡,由於這些氣泡在 X 射線、可見光和無線電波段下發光,團隊利用哈伯太空望遠鏡、錢卓拉 X 射線天文望遠鏡的數據合成新圖像,確認 NGC 3079 星系的氣泡一個直徑為 4,900 光年,另一個約 3,600 光年,比銀河系的費米氣泡還要小、年輕。

新圖像(首圖)的觀察時間共曝光 35 小時,錢卓拉 X 射線望遠鏡觀察的 X 射線頻率數據以紫、粉紅光呈現,哈伯太空望遠鏡觀察的可見光頻率數據則以紅、藍光呈現。而在錢卓拉 X 射線望遠鏡的數據中,研究人員從較小的氣泡發現同步輻射(synchrotron radiation)。

同步輻射是指帶電粒子的運動速度接近光速在電磁場中偏轉時,沿運動的切線方向發出的一種電磁輻射,研究人員不明白為何會在小氣泡中檢測到同步輻射,但這些證據表明,氣泡很可能是神祕宇宙射線的起源地。

研究人員推測其中機制為:當氣泡膨脹並與星系際空間的氣體碰撞時,氣泡外部區域產生衝擊波,帶電粒子在這些衝擊波中的紊亂磁場偏轉,就像彈珠台裡的小鋼珠撞到鋼釘後任意彈跳一樣;而當粒子通過衝擊波前沿時會被加速、進而逃逸,可能最終就以宇宙射線的形式撞擊地球大氣層。

這些氣泡做為天然的粒子加速器,能量比地球上的人造粒子加速器大型強子對撞機(LHC)還要強上 100 倍。

新研究告訴了科學家,粒子加速的地點發生在氣泡外緣,而不是星系中心,隨著未來其他望遠鏡投入無線電或 X 射線波段的檢測、建立星系氣泡的理論模型,我們一定能確認神祕宇宙射線的起源。新論文發表在《天體物理學》期刊。

(首圖來源:錢卓拉 X 射線天文台 / NASA