伽马射线的惊人发现可能会揭开宇宙之谜

熊明青

一幅插图显示了银河系的平面(红线)和代表神秘伽马射线信号的洋红色圆圈(图片来源:美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心)

（）据美国太空网（罗伯特·李）：天文学家在我们的银河系之外发现了一个意想不到且无法解释的特征，即辐射出被称为伽马射线的高能光。

这一发现背后的团队，包括美国国家航空航天局和马里兰大学宇宙学家亚历山大·卡什林斯基，在搜索美国国家航空航天局费米望远镜13年的数据时发现了伽马射线信号。

“这是一个完全偶然的发现，”卡什林斯基在一份声明中说。“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。”

让这个伽马射线信号更加奇怪的是，它位于太空中另一个无法解释的特征，这是迄今为止探测到的一些最高能的宇宙粒子的来源。

该团队认为新发现的信号与这些高能粒子或宇宙射线有关，这些粒子主要由质子、中子和原子核组成。

这些超高能宇宙射线(UHECRs)携带的能量超过伽马射线的十亿倍，它们的起源仍然是天体物理学中最大的谜团之一——这一伽马射线源的发现加深了这个谜团。

宇宙化石搜寻引发伽马射线惊奇

这种新的神秘伽马射线特征可能类似于宇宙微波背景(CMB)的一种特殊特征。

CMB代表着宇宙中最古老的光，是大爆炸后大约38万年发生的一次事件遗留下来的宇宙化石。在此之前，宇宙是一个由自由电子和质子组成的滚烫、稠密的汤，光无法穿过其中。

然而，大约在这个时候，宇宙冷却到足以让电子和质子结合在一起形成原始原子。自由电子的突然缺乏意味着光子，光的粒子，不再被这些带负电的粒子无休止地散射。

宇宙有效地在瞬间从不透明变成透明，允许第一束光传播。CMB是由这些第一批自由移动的光子组成的。

随着宇宙在随后的近138亿年中膨胀，这些光子失去了能量，现在具有令人不寒而栗的零下454华氏度(零下270摄氏度)的均匀温度。

1964年5月，美国射电天文学家罗伯特·威尔逊和阿诺·彭齐亚斯首次发现了CMB，它是地球上空所有方向的微波辐射。然而，在20世纪90年代，当美国国家航空航天局的宇宙背景探测器(COBE)发现CMB温度的微小变化时，这种表面上的一致性受到了挑战。

COBE发现，朝向狮子座方向的CMB比平均温度高0.12%，微波更多，而相反方向的CMB比平均温度低0.12%，微波更少。

CMB中的这种模式或“偶极子”被归因于我们太阳系的运动——相对于化石辐射场每秒230英里。然而，如果是这样的话，由太阳系的运动引起的类似偶极子应该出现在所有来自太阳系以外的天体物理源的光中，但这迄今为止还没有被发现。

天文学家正在其他类型的光中寻找这种效应，这样他们就可以确认CMB偶极子是我们运动的结果。

“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早期宇宙中的物理过程，潜在地回到不到万亿分之一秒的时候，”团队成员费尔南多·阿特里奥-巴兰德拉说，他是西班牙萨拉曼卡大学的理论物理学教授。

一个还是两个宇宙之谜？

该团队转向费米望远镜及其大面积望远镜(LAT)，该望远镜每天数次扫描地球上空的整个天空，以收集和整理多年的数据。研究人员希望在LAT数据中隐藏着一种可以在伽马射线中检测到的偶极发射模式。

由于狭义相对论的效应和伽马射线的高能性质，这样一个偶极子在这个数据中的重要性应该是它在CMB的低能微波光中的五倍。该团队发现了类似这种模式的东西，但不是在他们预期的地方。

“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的[峰值]，其大小是我们从运动中预期的10倍，”团队成员克里斯·施拉德说，他是美国天主教大学的天体物理学家。“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。”

在高能带电粒子到达地球时，它们组成的簇射中也有相应的偶极子，这是阿根廷的皮埃尔·奥格天文台在2017年首次发现的。

尽管这些带电粒子在向地球移动时会受到银河系磁场和其他磁场的偏转，并且这种偏转的强度取决于粒子及其电荷的能量，但UHECR偶极子仍然在与Kashlinsky和同事发现伽马射线源的位置相似的位置达到峰值。

研究小组推断，由于位置的这种相关性，神秘的伽马射线和UHECRs很可能是联系在一起的，特别是考虑到不明来源正在产生这两种现象。

天文学家现在想调查这些发射的位置，以确定这种超高能光和这些超高能粒子的来源，或者可能的来源，看看它们是否确实有联系，以及它们是否代表一个或两个有待解决的宇宙之谜。

该小组的发现由Kashlinsky在路易斯安那州新奥尔良举行的美国天文学会第243次会议上提出，并在周三(1月10日)发表在《天体物理学杂志快报》上的一篇论文中进行了讨论。