美国国家航空航天局的费米任务没有发现来自附近超新星的伽马射线

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据美国宇航局（珍妮特·卡兹米尔扎克）：2023年附近的一颗超新星为天体物理学家提供了一个绝佳的机会，来测试这些类型的爆炸如何将被称为宇宙射线的粒子提升到接近光速的想法。但令人惊讶的是，美国国家航空航天局的费米伽马射线太空望远镜没有探测到这些粒子应该产生的高能伽马射线。

2023年5月18日，一颗超新星在附近的平轮星系（梅西耶101）爆发，该星系距离大熊座约2200万光年。该事件名为SN 2023ixf，是自2008年费米发射以来发现的附近最明亮的超新星。

意大利的里雅斯特大学的研究员Guillem Martí-Devesa说：“天体物理学家此前估计，超新星将其总能量的10%左右转化为宇宙射线加速度。”。“但我们从未直接观察到这一过程。根据SN 2023ixf的新观测结果，我们的计算结果是，在爆炸后的几天内，能量转化率低至1%。这并不排除超新星是宇宙射线工厂，但这确实意味着我们有更多关于它们产生的信息需要了解。”

这篇论文由Martí-Devesa在奥地利因斯布鲁克大学领导，将发表在未来的《天文学和天体物理学》杂志上。

每天都有数万亿的宇宙射线与地球大气层碰撞。其中大约90%是氢原子核或质子，其余是电子或较重元素的原子核。

自20世纪初以来，科学家们一直在研究宇宙射线的起源，但这些粒子无法追溯到它们的来源。因为它们是带电的，宇宙射线在到达地球时会因为遇到的磁场而改变方向。

位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白·海斯说：“然而，伽马射线会直接射向我们。”。“宇宙射线在与环境中的物质相互作用时会产生伽马射线。费米望远镜是轨道上最灵敏的伽马射线望远镜，因此当它没有探测到预期的信号时，科学家必须解释其缺失。解开这个谜团将更准确地了解宇宙射线的起源。”

天体物理学家长期以来一直怀疑超新星是宇宙射线的主要贡献者。

当一颗质量至少是太阳八倍的恒星耗尽燃料时，就会发生这些爆炸。核心坍塌，然后反弹，推动冲击波向外穿过恒星。冲击波加速粒子，产生宇宙射线。当宇宙射线与恒星周围的其他物质和光碰撞时，它们会产生伽马射线。

超新星极大地影响了星系的星际环境。它们的爆炸波和不断膨胀的碎片云可能会持续50000多年。2013年，费米测量显示，我们银河系中的超新星遗迹正在加速宇宙射线，当宇宙射线撞击星际物质时，宇宙射线会产生伽马射线。但天文学家表示，这些残余物产生的高能粒子不足以与科学家在地球上的测量结果相匹配。

一种理论认为，超新星可能在最初爆炸后的最初几天和几周内加速我们星系中最高能的宇宙射线。

但超新星很罕见，在银河系这样的星系中，一个世纪只出现几次。在大约3200万光年的距离外，超新星平均每年只发生一次。



弗雷德·劳伦斯·惠普尔天文台的48英寸望远镜于2023年6月拍摄到了这张针轮星系（梅西耶101）的可见光图像。圈出了超新星2023ixf的位置。该天文台位于亚利桑那州的霍普金斯山，由哈佛和史密森天体物理中心运营。平松等人2023/Sebastian Gomez（STScI）

从可见光望远镜第一次看到SN 2023ixf开始，经过一个月的观测，费米没有探测到伽马射线。

“不幸的是，没有看到伽马射线并不意味着没有宇宙射线，”合著者、法国国家科学研究中心蒙彼利埃宇宙和粒子实验室的天体物理学家Matthieu Renaud说。“我们必须研究所有关于加速机制和环境条件的基本假设，才能将伽马射线的缺乏转化为宇宙射线产生的上限。”

研究人员提出了一些可能影响费米从事件中看到伽马射线的能力的场景，比如爆炸分布碎片的方式和恒星周围物质的密度。

费米的观测为研究超新星爆炸后的情况提供了第一次机会。对SN 2023ixf在其他波长的额外观测、基于这一事件的新模拟和模型，以及未来对其他年轻超新星的研究，将有助于天文学家了解宇宙宇宙射线的神秘来源。

费米是由戈达德管理的天体物理学和粒子物理学合作伙伴。费米是与美国能源部合作开发的，法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴做出了重要贡献。