科学家发现来自脉冲星的最高能量伽马射线

熊明青

研究人员认为，来自脉冲星两极的红外光粒子(光子)被快速电子提升到伽马射线能量(蓝色)。鸣谢:DESY科学传播实验室

（）据德国同步加速器：科学家利用纳米比亚的H.E.S.S .天文台探测到了来自一颗名为脉冲星的死星的最高能量伽马射线。这些伽马射线的能量达到20万亿电子伏，大约是可见光能量的10万亿倍。这一观察很难与这种脉冲伽马射线产生的理论相一致，正如国际团队在《自然天文学》杂志上报道的那样。

脉冲星是在超新星爆发中壮观爆炸的恒星残骸。爆炸留下了一颗微小的死星，直径只有大约20公里，旋转速度极快，并具有巨大的磁场。

“这些死亡的恒星几乎完全由中子组成，密度高得令人难以置信:一茶匙的物质质量超过50亿吨，约为吉萨大金字塔质量的900倍，”在DESY工作的该出版物的合著者、H.E.S.S .科学家艾玛·德奥尼亚·威廉密解释道。

脉冲星发出旋转的电磁辐射束，有点像宇宙灯塔。如果它们的光束扫过我们的太阳系，我们会看到有规律的辐射闪光。这些闪光，也称为辐射脉冲，可以在电磁波谱的不同能量带中寻找。

科学家认为这种辐射的来源是在脉冲星的磁层中产生并加速的快速电子，同时向其外围移动。磁层是由等离子体和电磁场组成的，它们围绕着恒星并与之共同旋转。

“在向外的旅程中，电子获得能量，并以观察到的辐射束的形式释放能量，”波兰尼古拉·哥白尼天文中心(CAMK PAN)的Bronek Rudak说，他也是一名合著者。

船帆脉冲星位于船帆星座的南部天空，是电磁波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。它每秒钟大约旋转11次。然而，在几个GeV以上，它的辐射突然终止，大概是因为电子到达脉冲星磁气圈的末端并从中逃逸。

但这并不是故事的结尾:利用H.E.S.S .的深度观测，现在发现了一种能量更高的新辐射成分，能量高达几十万亿电子伏(TeV)。

“这比以前从这个物体探测到的所有辐射能量高200倍，”来自南非西北大学的合著者Christo Venter说。这种非常高能量的成分出现在与在GeV范围内观察到的相同的相位间隔。然而，要获得这些能量，电子可能要比磁气圈走得更远，但旋转发射模式必须保持完整。

“这个结果挑战了我们以前对脉冲星的认识，需要重新思考这些自然加速器是如何工作的，”领导这项研究的法国天体粒子和宇宙学(APC)实验室的阿拉切·詹纳蒂-阿泰说。

“传统的方案认为，粒子在磁层内部或稍微外部沿着磁力线加速，但这种方案不足以解释我们的观察结果。也许我们正在目睹粒子通过超越光柱的所谓磁场重联过程加速，这仍然在某种程度上保留了旋转模式？但即使是这种情况也难以解释如此极端的辐射是如何产生的。”

无论如何解释，除了它的其他最高级，船帆座脉冲星现在正式保持着迄今为止发现的最高能量伽马射线脉冲星的记录。

“这一发现打开了一个新的观察窗口，可以用现有的和即将推出的更灵敏的伽马射线望远镜探测几十太电子伏范围内的其他脉冲星，因此为更好地理解高度磁化的天体物理物体中的极端加速过程铺平了道路，”詹纳蒂-阿泰说。