科学家们利用位于纳米比亚的H.E.S.S.天文台探测到一颗被称为脉冲星的死星发出的能量最高的伽马射线。这些伽马射线的能量达到20太电子伏特,大约是可见光能量的10万亿倍。正如国际团队在《自然天文学》杂志上报告的那样,这一观察结果很难与产生这种脉冲伽马射线的理论相一致。
脉冲星是恒星在超新星中壮观爆炸后留下的残骸。爆炸留下了一颗直径只有20公里的微小的死恒星,它旋转得非常快,并拥有巨大的磁场。“这些死亡的恒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,”英国航天局科学家艾玛·德·O?a威廉米(Emma de Wilhelmi)解释说,他是该出版物的合著者,在DESY工作
脉冲星发出旋转的电磁辐射束,有点像宇宙中的灯塔。如果它们的光束扫过我们的太阳系,我们就会在一定的时间间隔内看到辐射的闪光。这些闪光,也被称为辐射脉冲,可以在电磁波谱的不同能量带中寻找。科学家们认为,这种辐射的来源是脉冲星磁层中产生并加速的快速电子,当它们向其外围移动时。磁层是由等离子体和电磁场组成的,它们围绕着恒星并与恒星共旋转。来自波兰哥白尼天文中心(CAMK PAN)的Bronek Rudak说:“在它们向外的旅程中,电子获得能量并以观测到的辐射束的形式释放出来。”他也是论文的合著者。?
船帆脉冲星位于南部天空的船帆星座(船帆),是电磁频谱无线电波段中最亮的脉冲星,也是千兆电子伏(GeV)范围内最亮的宇宙伽马射线持续源。它每秒大约旋转11次。然而,在几个GeV以上,它的辐射突然结束,可能是因为电子到达脉冲星磁层的末端并逃离了它。
但这并不是故事的结局:通过对h.e.s.s.的深入观察,现在已经发现了一种能量更高的新辐射成分,能量高达数十TeV。来自南非西北大学的合著者克里斯托·文特尔说:“这比以前从这个物体探测到的所有辐射的能量都要高200倍。”这种非常高能的成分出现在与GeV范围内观察到的相同的相位间隔中。然而,为了获得这些能量,电子可能必须比磁层移动得更远,但旋转发射模式需要保持完整。
?“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,”法国天体粒子与宇宙学(APC)实验室的Arache Djannati-Atai说,他领导了这项研究。“传统的方案认为,粒子沿着磁场线在磁层内部或稍微在磁层外部加速,不能充分解释我们的观察结果。也许我们正在见证粒子的加速,通过所谓的磁重联过程超越光柱,它仍然以某种方式保留了旋转模式?但即使是这种情况,也很难解释这种极端辐射是如何产生的。”
不管解释是什么,船帆座脉冲星现在正式成为迄今为止发现的伽马射线能量最高的脉冲星。Djannati-Atai说:“这一发现打开了一个新的观测窗口,可以用现有的和即将到来的更灵敏的伽马射线望远镜探测几十太电子伏特范围内的其他脉冲星,从而为更好地理解高磁化天体物理物体的极端加速过程铺平了道路。”