天文学家探测百年一遇的伽马射线！
天文学家探测百年一遇的伽马射线！Original
博科园
天文物理
2 days ago
科学家们发现了一些惊人的东西，在距地球约5000光年的银河系中一些质量最大、最明亮的恒星群中，天文学家发现，当一颗快速旋转的中子星经过一颗质量最大的恒星时，它正在加速，而这颗中子星每50年才绕轨道运行一次。特拉华大学天体物理学家杰米·霍尔德(Jamie Holder)和博士生泰勒·威廉姆森(Tyler Williamson)表示：这一发现极为罕见，他们是记录这一发现的国际团队的成员。霍尔德把这对引力相连的偏心恒星称为“伽马射线双星系统”，并把这一百年一遇的事件比作哈雷彗星的到来或去年美国的日食。是银河系中最明亮的恒星之一，中子星是密度极高的高能恒星，当大质量恒星爆炸时产生。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD5icmPmPvmp0cuoyI29oJqucdR6AfWBcX5SkicXzybuibOjHoy3qdyLdnpA/640?wx_fmt=jpeg
博科园-科学科普：这个双星系统是一个巨大的恒星绕其旋转的中子星，在我们银河系的1000亿颗恒星中，只有不到10颗是。即使只有很少的两个系统，包括这个系统，已知有一颗被识别的中子星，或脉冲星，它能发射科学家可以测量的无线电波脉冲。这一点很重要，因为它非常准确地告诉天文学家，有多少能量可以用来加速粒子，而科学家对此知之甚少。UD的物理和天文系教授Holder说：你不能要求一个更好的自然实验室来研究粒子加速在一个不断变化的环境中——能量远远超过我们在地球上能产生的任何东西。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD5vricStfZSUL3y9e63pPd086dO8F49uFyybibLxKIJsynCvumGhsyaX7w/640?wx_fmt=jpegUD教授Jamie Holder(左)和博士生Tyler Williamson在位于亚利桑那州Amado的Fred Lawrence Whipple天文台的VERITAS望远镜的帮助下，一直在研究伽马射线。图片：University of Delaware
该项目由霍尔德和威廉姆森等科学家组成的团队领导，他们在亚利桑那州弗雷德劳伦斯惠普尔天文台(Fred Lawrence Whipple Observatory)使用VERITAS望远镜阵列，与西班牙加那利群岛(Canary Islands)拉帕尔马(La Palma)罗克德洛斯马科斯天文台(Roque de los Muchachos Observatory)使用魔法望远镜进行合作(VERITAS是高能辐射成像望远镜阵列系统的缩写，MAGIC是主要大气伽马成像切伦科夫望远镜的缩写)，其研究发表在《天体物理学》上。对许多人来说，自然问题是，为什么科学家关心加速粒子？
因为银河系充满他们，我们称为宇宙射线，它们携带的能量与所有恒星发出的光一样多。天文学家在100多年前发现了加速粒子的存在，然而这些粒子的速度是如何或在哪里，仍然是个谜。脉冲星是宇宙中最极端的天体之一，它们周围的磁场比科学家们希望在地球上建立的任何东西都强几百万倍。当脉冲星遇到靠近大质量恒星的尘埃或气体时，附近的粒子会加速到接近光速的速度，并与周围的物体相撞，结果是一束高能光称为伽马辐射或伽马射线。像VERITAS和MAGIC这样的精密的望远镜，可以探测到这些伽马射线，因为它们到达地球大气层时会发出蓝光。当我们的眼睛看不到这些闪光的时太快了，只有几纳秒长，但这些望远镜可以。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD56LJ4U0V6RMBMXRSqCIK31d3CKj0fzZBicyA1bxicsy5OicbjMTT1zerIQ/640?wx_fmt=jpeg2008年天文学家第一次在这对不同寻常的恒星中发现了来自脉冲星的伽马射线。这颗脉冲星大约有特拉华州纽瓦克那么大，就像厨房搅拌机上的附件一样在旋转，每次旋转都会释放出一些伽马射线和无线电波的脉冲。通过测量这些无线电脉冲频率，天文学家能够判断脉冲星的移动速度，准确地计算出离这颗巨大的恒星最靠近的恒星是什么时候，它是在轨道上运行的。2017年这趟旅行花了50年。2016年9月VERITAS和MAGIC teams开始监测夜空并跟踪脉冲星的轨道。一开始，他们甚至不确定他们是否能看到任何东西。但在2017年9月，天文学家们开始发现，撞击地球大气层顶部的伽马射线数量迅速增加。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD5Cib7sGz1pMib9GmMhUKrL9Iw9w1aCGw3HTKM0BuZaSa5BRZibRR5qkIdA/640?wx_fmt=jpeg当他们监测来自VERITAS望远镜的数据时，Holder和Williamson意识到脉冲星每天都在做着不同的事情。每天早上醒来，检查并看看是否有新的数据，然后尽可能快地分析它，因为我们看到的伽玛射线的数量在一两天内迅速变化。威廉森在2017年11月这颗恒星和脉冲星之间的最近一次近距离接触中注意到，VERITAS望远镜在夜间记录到的伽马射线数量是几天前探测到的10倍。在把数据发送给我们的合作者之前，反复检查了所有的东西，然后我们的一个合作伙伴，加州大学洛杉矶分校的Ralph Bird证实了他得到了同样的结果，这是令人兴奋的。更有趣的是，这些观测数据与预测模型的预测结果不符。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD5icmPmPvmp0cuoyI29oJqucdR6AfWBcX5SkicXzybuibOjHoy3qdyLdnpA/640?wx_fmt=jpeg一般来说，现有的模型预测，当脉冲星接近它所环绕的大质量恒星时，产生的伽马射线的数量会慢慢加速，经历一些波动，然后随着时间的推移慢慢衰减。但记录显示伽马射线的数量急剧上升，这告诉我们需要修正粒子加速发生的模型。更重要的是，虽然天体物理学家希望美国国家航空航天局(NASA)的费米伽马射线太空望远镜能够记录这些伽马射线，但它没有。原因尚不清楚，但这是使VERITAS的结果如此有趣的部分原因。天体物理学家想要了解的只是哪些粒子正在加速，以及是什么过程把它们推到这些极端的速度，以便更多地了解宇宙。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD5DzxiaWfGMKtcLBBS2ympnMjQ1HviaCfbBFQibfA8vcrd4QPtbaV0qeHnw/640?wx_fmt=jpegUD博士生Tyler Williamson站在VERITAS望远镜接入平台上，图片：University of Delaware
虽然伽马射线双星系统可能不会加速银河系中的大部分粒子，但它们可以让科学家研究产生这些粒子的加速机制。直到2067年，当两颗恒星再次靠近时，天文学家才能再次看到这个双星系统的运行。那时威廉姆森开玩笑说，他可能只是一个有时间的退休教授。威廉姆森并不担心没有事情可做。今年早些时候，他在总部位于亚利桑那州的天文台工作了三个月，进行测量、硬件维护，并设计了一个遥控装置，让研究人员可以从控制室的电脑上打开望远镜的摄像头。https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/OOCfia0dzt0UUPDWDqbIALTqyDIsGGcD5RiaZqR1MgTibM2y68SMZx9x6PTybrVnVlL6AHF63tO4yW2g28LsZwgIw/640?wx_fmt=jpeg这是一个很好的机会，可以亲自动手操作望远镜，了解仪器。展望未来，他将利用剩余的博士研究时间，更详细地梳理和分析VERITAS望远镜在2016年和2017年收集的近175小时的数据。毫无疑问，泰勒是我见过的最幸运的研究生，因为这个50年才发生一次的事件（十年来我们用望远镜看到的最激动人心的事情之一）正好发生在他博士工作的中途。
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