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来自研究机构

附近脉冲星的伽马射线“晕”与反物质之谜有关

日期:
2019年12月19日
来源:
美国宇航局/戈达德太空飞行中心
简介:
美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜在附近的一颗脉冲星周围发现了微弱但蔓延的高能光。如果肉眼可见,这个伽马射线“光晕”在天空中看起来会比满月大40倍。
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完整的故事

美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜在附近的一颗脉冲星周围发现了微弱但蔓延的高能光。如果肉眼可见,这个伽马射线“光晕”在天空中看起来会比满月大40倍。这个结构可能会解开一个长期存在的谜团,那就是我们周围有多少反物质。

华盛顿美国天主教大学和马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体物理学家马蒂亚·迪·莫罗说:“我们的分析表明,这颗脉冲星可能要为一个长达十年的谜题负责,即为什么一种宇宙粒子在地球附近异常丰富。”“这些是正电子,电子的反物质版本,来自太阳系以外的某个地方。”

一篇详细介绍研究结果的论文发表在该杂志上物理评论D12月17日。

中子星是一颗比太阳大得多的恒星耗尽燃料、在自身重量下坍缩并爆炸成为超新星后留下的破碎核心。我们看到一些中子星是脉冲星,快速旋转的物体发出光束,很像灯塔,有规律地扫过我们的视线。

杰明加(发音为geh-MING-ga)是1972年由美国宇航局的小天文卫星2号发现的,是伽马射线中最亮的脉冲星之一。爱博网站它位于大约800光年外的双子座。Geminga的名字是意大利米兰方言中“双子座伽玛射线源”和“它不在那里”的合成词,指的是天文学家无法找到其他能量的物体。

1991年3月,德国ROSAT探测到闪烁的x射线,发现它是一颗每秒旋转4.2次的脉冲星。

脉冲星自然地被电子和正电子云包围着。这是因为中子星的强磁场将粒子从脉冲星表面拉出来,并将它们加速到接近光速。

电子和正电子属于被称为宇宙射线的高速粒子,它们起源于太阳系之外。因为宇宙射线粒子携带电荷,当它们在到达地球的过程中遇到磁场时,它们的路径就会被打乱。这意味着天文学家无法直接追踪到它们的来源。

在过去的十年里,费米、美国国家航空航天局(NASA)的阿尔法磁谱仪(AMS-02)在国际空间站上进行的宇宙射线测量,以及地球附近的其他空间实验,都发现了比科学家预期更多的高能正电子。附近的脉冲星,如杰明加,是主要的怀疑对象。

然后,在2017年,墨西哥普埃布拉附近的高海拔水切伦科夫伽马射线天文台(HAWC)的科学家证实了早些时候在杰明加周围发现的一个小伽马射线晕的地面探测。他们观察到这种结构的能量在5到40万亿电子伏特之间——光的能量是我们眼睛所能看到的数万亿倍。

科学家们认为,当加速的电子和正电子与附近的星光碰撞时,就会产生这种辐射。碰撞将光提升到更高的能量。根据光晕的大小,HAWC团队得出结论,这些能量的杰明加正电子很少到达地球。如果这是真的,那就意味着观测到的正电子过剩一定有一个更奇特的解释。

但对脉冲星起源的兴趣仍在继续,而杰明加则是最前沿和中心。迪·莫罗领导了一项对费米大面积望远镜(LAT) 10年来获得的杰明加伽马射线数据的分析,该望远镜观测到的能量比HAWC低。

“为了研究光晕,我们必须减去所有其他的伽马射线源,包括宇宙射线与星际气体云碰撞产生的漫射光,”合著者、德国亚琛工业大学博士后研究员西尔维娅·曼科尼说。“我们使用10种不同的星际发射模型探索了这些数据。”

当这些光源被移除后,剩下的是一个巨大的长方形辉光,在天空中横跨约20度,能量为100亿电子伏特(GeV)。这与著名的北斗七星模式的大小相似,而且在能量较低的情况下,光环更大。

“低能粒子在遇到星光之前,会从脉冲星走得更远,将部分能量转移给它,并将光增强为伽马射线。这就是为什么伽马射线辐射在较低能量下覆盖了更大的区域,”意大利国家核物理研究所和都灵大学的合著者Fiorenza Donato解释说。“此外,杰明加的光晕被拉长,部分原因是脉冲星在太空中的运动。”

研究小组确定费米LAT的数据与早期HAWC的观测结果是一致的。在AMS-02实验中观测到的高能正电子中,仅Geminga就产生了20%之多。科学家们将此推断到我们银河系中所有脉冲星的累积发射,他们说,脉冲星显然仍然是正电子过剩的最佳解释。

迪·莫罗说:“我们的工作证明了研究单个来源对预测它们如何影响宇宙射线的重要性。”“这是多信使天文学这个令人兴奋的新领域的一个方面,在这个领域,除了光之外,我们还使用多种信号来研究宇宙,比如宇宙射线。”爱博网站

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故事来源:

材料所提供的美国宇航局/戈达德太空飞行中心注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。


期刊引用

  1. 马蒂亚·迪·毛罗,西尔维娅·曼科尼,费奥伦萨·多纳托。用费米- lat数据探测Geminga周围的γ射线晕及其对正电子通量的影响物理评论D, 2019;100 (12) doi:10.1103 / PhysRevD.100.123015

引用此页

美国宇航局/戈达德太空飞行中心。“附近脉冲星的伽马射线‘晕’与反物质之谜有关。”《科学日报》。《科学日报》,2019年12月19日。< www.koonmotors.com/releases/2019/12/191219125956.htm >。
美国宇航局/戈达德太空飞行中心。(2019年12月19日)附近脉冲星的伽马射线“晕”与反物质之谜有关。《科学日报》。2023年6月21日检索自www.koonmotors.com/releases/2019/12/191219125956.htm
美国宇航局/戈达德太空飞行中心。“附近脉冲星的伽马射线‘晕’与反物质之谜有关。”《科学日报》。www.koonmotors.com/releases/2019/12/191219125956.htm(2023年6月21日访问)。

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