使用Tibet AS-gamma实验的天文学家发现,这是从天体物理源测量到的最高能量的光。来自蟹状星云的光子最近被测量到的能量远超100太电子伏特(TeV)。这相当于一万亿电子伏特,或大约是大型强子对撞机碰撞粒子时产生的最大能量的10倍。
科学家们认为关键在于隐藏在蟹状星云核心深处的一个脉冲星,这是近千年前一颗恒星在超新星爆发后留下的致密、快速旋转的核心。实际上,由于星云位于6500多光年之外,这次爆炸发生在约7500年前,但爆炸的光直到公元1054年才到达地球,当时它在我们夜空中作为一个明亮的恒星爆发,被全球的天文学家观测到。
超新星的光在几周内就消退了,但自那以后,爆炸的残骸不断生长和扩散,现在在几乎所有波长下都在夜空中闪耀。它在低能无线电波中噼啪作响,爆发出高能伽马射线和X射线,并在中间的可见光波长下闪耀。
但这种超高能量的光即使对蟹状星云来说也是新事物。来自中国和日本的研究人员于7月29日在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上发表了他们的发现。
破纪录
像伽马射线这样的高能光子很难穿过地球大气层。相反,当伽马射线撞击空气粒子时,它们通常会散射成一连串其他粒子。但天文学家已经学会了寻找这些粒子簇,通常使用覆盖数英里的探测器阵列,因为当这些粒子簇到达地面时,它们可能已经分散到很大的区域。Tibet AS-gamma在地面上分布了597个探测器,占地65,700平方米。在这个阵列下方约8英尺处,有64个装满水的混凝土桶,作为互补探测器。
地面的大型阵列让科学家能够追踪高能事件的方向和能量。水探测器通过追踪此类事件的特定信号来补充这些观测。这使得研究人员能够区分伽马射线和高能宇宙射线,因为它们可能产生类似的粒子簇,尽管宇宙射线是由质子和电子等粒子组成的,而不是光子。
研究人员从2014年2月到2017年5月期间,同时收集了两个探测器的数据,并发现了24个可追溯到蟹状星云的能量超过100 TeV的事件。其中一些事件的能量高达450 TeV。将伽马射线事件与宇宙射线事件分开并非完美的科学,因此研究人员估计他们的观测中有五到六个实际上是背景宇宙射线。但其余的应该是真实的,是蟹状星云内部能量源的标志。
星光,星光
极高能量的粒子如果击中我们对人类来说将非常危险,但由于它们会分裂成一连串其他粒子,因此来自蟹状星云的辐射对地球没有危险。
目前尚不清楚蟹状星云是如何将这些伽马射线加速到如此高的能量的。星云核心的脉冲星旋转并发出强大的恒星风,同时产生强大的磁场,这些磁场可以将这些粒子加速到高速,从而增加它们的能量。
目前尚不清楚是否存在科学家可以预期的最高能量。新的观测结果暗示了下一个挑战:寻找佩塔电子伏特(petaelectronvolt)的伽马射线,即能量为1000 TeV的伽马射线。
Tibet AS-gamma将继续观测。但考虑到分析阵列收集的海量数据需要几年时间,可能这样的信号已经记录下来,只是等待从噪声中被筛选出来。














