蟹狀星雲伽馬射線直撞地球,能量達大型強子對撞機 10 倍

作者 | 發布日期 2019 年 08 月 01 日 14:33 | 分類 天文 , 航太科技 follow us in feedly


6,500 光年外,蟹狀星雲充滿活力的高能伽馬射線甫穿越漫漫長路,正面擊中了地球,天文學家計算出射線能量高達 100 TeV,是至今伽馬射線的最高紀錄。

蟹狀星雲(Crab Nebula、NGC 1952)是一個超新星殘骸(Supernova remnant,SNR)和脈衝風星雲,直徑達 11 光年,距離地球 6,500 光年,雲的中心為一顆非常強大、快速旋轉的脈衝星,直徑約 28~30 公里,它由 7,500 年前一顆恆星經歷超新星爆炸蛻變而成。

超新星刺眼的光線在幾個星期後就逐漸消失,但潛伏於蟹狀星雲深處的脈衝星可以發射出低能量無線電波~高能量伽馬射線(γ 射線)、X 射線範圍的電磁波。而使用位於西藏的 AS-gamma 實驗設備,天文學家現在從中測得有史以來最高能量的伽馬射線擊中地球,能量高達 100 TeV,相當於大型強子對撞機(LHC)所產生最大能量的 10 倍。

蟹狀星雲整體 X 射線和 γ 射線輻射能量超過 30 keV,最高可達450 TeV,而且非常穩定,因此天文學家將蟹狀星雲看成是宇宙中最穩定的高能輻射源之一,並將它做為測量宇宙其他輻射源能量的標準。

但聽到伽馬射線擊中地球時不用擔心(除非你人在外太空遊蕩),雖然這種高能光子穿透力極強,但它們無法一路闖過地球的金鐘罩──大氣層;相反地,伽瑪射線撞擊大氣微粒後會散射成由其他亞原子粒子組成的「粒子雨」,等粒子雨降到地面時能量已經大減,天文學家便利用跨越數公里的望遠鏡陣列來搜索這些粒子。

AS-gamma 實驗設備共有 597 個探測器,分散在面積達 65,700 平方公尺的土地上,陣列下方約 2.4 公尺處還有 64 個裝滿水的混凝土貯桶,作為追蹤伽馬射線特殊訊號的另一種探測器,為的是和高能宇宙射線做區別──畢竟宇宙射線在穿越大氣層時也會化成粒子雨,只是伽馬射線由光子構成,宇宙射線則是由電子和質子組成。

研究人員從 2014 年 2 月~2017 年 5 月收集了來自兩種探測器的數據,發現總共有 24 個超過 100 TeV 的事件源頭能追溯到蟹狀星雲。

目前。科學家還不全然理解蟹狀星雲的何種機制能使伽馬射線達到如此高的能量,一說認為是脈衝星旋轉時,發出的強大恆星風會產生強大磁場,加速粒子並增加能量。

此外,也不清楚這些伽馬射線是否已經達到最大能量,也許以後我們會發現擁有 1,000 TeV 能量的伽馬射線也不一定。新論文發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)。

(首圖來源:NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University) [Public domain], via Wikimedia Commons

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