美国国家航空航天局的费米望远镜探测到银河系之外令人惊讶的伽马射线特征

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这位艺术家的概念用伽玛射线显示了整个天空，洋红色的圆圈说明了比平均水平更多的高能伽玛射线到达的方向的不确定性。在这个视图中，我们星系的平面穿过地图的中间。圆圈包围的区域有68%(内部)和95%的机会包含这些伽马射线的来源。图像：美国国家航空航天局戈达德航天中心

（）据美国宇航局（弗朗西斯·雷迪）：天文学家分析了美国国家航空航天局费米伽马射线太空望远镜13年的数据，发现了我们银河系以外一个意想不到且尚未解释的特征。

“这完全是一个偶然的发现，”马里兰大学和格林贝尔特美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的宇宙学家亚历山大·卡什林斯基说，他在新奥尔良举行的美国天文学会第243次会议上介绍了这项研究。“我们发现了一个比我们寻找的信号更强的信号，而且是在天空的不同位置。”

有趣的是，伽马射线信号与另一个无法解释的特征方向相似，大小几乎相同，这个特征是由一些迄今为止探测到的最高能的宇宙粒子产生的。

描述这些发现的论文发表在1月10日星期三的《天体物理学杂志快报》上。

该团队正在寻找与宇宙中最古老的光CMB(宇宙微波背景)有关的伽马射线特征。科学家们表示，CMB起源于炎热、膨胀的宇宙冷却到足以形成第一批原子时，这一事件释放出一股光，这是第一次可以渗透到宇宙中。在过去的130亿年里，空间不断扩张，这种光在1965年首次以微弱的微波形式在整个天空中被探测到。

在20世纪70年代，天文学家意识到CMB具有所谓的偶极结构，后来美国国家航空航天局的COBE(宇宙背景探测器)任务以高精度测量了这种结构。朝着狮子座方向，CMB比平均温度高0.12%，微波比平均温度多；相反方向，CMB比平均温度低0.12%，微波比平均温度少。为了研究CMB内部微小的温度变化，必须消除这种信号。天文学家通常认为这种模式是我们太阳系相对于CMB以每秒230英里(370公里)的速度运动的结果。

这种运动会在来自任何天体物理源的光中产生偶极信号，但是到目前为止，CMB是唯一被精确测量过的。通过寻找其他形式的光的模式，天文学家可以证实或挑战偶极完全是由于我们太阳系的运动的想法。

“这样的测量很重要，因为对CMB偶极子的大小和方向的分歧可以让我们一窥宇宙早期的物理过程，可能回到它不到万亿分之一秒的时候，”合著者西班牙萨拉曼卡大学理论物理学教授Fernando Atrio-Barandela说。

该团队推断，通过将费米的LAT(大面积望远镜)的多年数据相加，可以在伽马射线中检测到相关的偶极发射模式，LAT每天扫描整个天空多次。由于相对论效应，伽马射线偶极应该比目前探测到的CMB放大五倍。

科学家们结合了13年来对超过30亿电子伏特(GeV)的伽马射线的费米拉特观测结果；相比之下，可见光的能量大约在2到3电子伏特之间。为了分析河外伽马射线背景，他们移除了所有已分辨和已识别的辐射源，并剥离了我们银河系的中央平面。

“我们发现了一个伽马射线偶极子，但它的峰值位于南部天空，远离CMB，其大小是我们从运动中预期的10倍，”合著者克里斯·施拉德说，他是华盛顿天主教大学和戈达德的天体物理学家。“虽然这不是我们想要的，但我们怀疑这可能与报道的最高能量宇宙射线的类似特征有关。”

宇宙射线是加速带电粒子——主要是质子和原子核。最稀有、最高能的粒子被称为UHECRs(超高能宇宙射线)，携带的能量超过3 GeV伽马射线的10亿倍，它们的起源仍然是天体物理学中最大的谜团之一。

自2017年以来，阿根廷的Pierre Auger天文台报告了UHECRs到达方向上的偶极子。由于带电，宇宙射线被星系的磁场转移了不同的量，这取决于它们的能量，但是UHECR偶极子在天空中的峰值位置与Kashlinsky的团队在伽马射线中发现的相似。两者的数量惊人地相似——来自一个方向的伽马射线或粒子比平均值多7%,来自相反方向的数量相应地少。

科学家们认为这两种现象很可能是有联系的——迄今为止，不明来源正在产生伽马射线和超高能粒子。为了解决这个宇宙难题，天文学家必须找到这些神秘的来源，或者对这两个特征提出替代的解释。

费米伽马射线太空望远镜是由戈达德管理的天体物理学和粒子物理学合作项目。费米项目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。