大麥哲倫雲中新的伽瑪源

05-29

原文標題：New gamma ray sources in Large Magellanic Cloud

原文來自：Max-Planck-Institut Gesellschaft Posted: 2015. 1. 26

H.E.S.S.望遠鏡系統在銀河系的一個伴星系中發現了3個極為明亮的伽瑪射線源。

H.E.S.S.伽瑪射線天文台再一次展示了它的探測能力：高能體視系統在大麥哲倫雲中發現了最為明亮的高能伽瑪射線源。這3個天體分屬不同的類別，其中包括一個強勁的脈衝星風雲，一個超新星遺迹，還有一個所謂的超級泡，也就是由多顆恆星和超新星吹出的一處直徑270光年的殼層。這是天文學家第一次在能量最高的伽瑪射線能段看到一個河外星系中多個不同的恆星級伽瑪源。

甚高能伽瑪射線是宇宙加速器（如作為大質量恆星演化最終產物的超新星遺迹與脈衝星風雲）的最佳示蹤器。在這些天體中，帶電粒子被加速到極高的速度上。當這樣的粒子與宇宙加速器內部或周邊的光子或氣體遭遇時，它們就會發出伽瑪射線。入射的甚高能伽瑪射線可以在高層大氣中產生簇射粒子，發出切侖科夫光，因此可以在地面上通過配備高速照相機的大型望遠鏡來進行觀測。

大麥哲倫雲（LMC）是銀河系的矮伴星系，位於大約17萬光年以外，正面朝向我們。新生的大質量恆星正在以很高的速率在LMC中形成，而這個星系還擁有無數的大質量星團。LMC的超新星相對恆星質量的發生率是我們銀河系的5倍。本星系群中最年輕的超新星遺迹——SN 1987A也是LMC的成員。因此，H.E.S.S.小組的科學家對其進行了專門的觀測，以搜索來自這一天體的甚高能伽瑪射線。

高能體視系統（H.E.S.S.）總計花費了210個小時觀測了LMC中最大的產星區——蜘蛛星雲。這是人們第一次在銀河系之外解析出了單獨的甚高能伽瑪源，其中包括3個不同類型的極高能天體。

目擊新的輻射源：銀河系的可見光圖像以及大麥哲倫雲的可見光和H-α合成圖上疊加了H.E.S.S.拍攝的天空圖。在圖中可以看到超新星遺迹N132D、脈衝星風雲N157B以及超級泡30 Dor C。（圖片版權：H.E.S.S. Collaboration；可見光：SkyView, A. Mellinger, H.E.S.S. Collaboration, http://dirty.as.arizona.edu/~kgordon/research/mc/mc.html；H-α：R. Kennicutt, J.E. Gaustad et al. (2001)；B波段可見光: G. Bothun）

名為30 Dor C的超級泡是已知最大發出X射線輻射的殼層，看起來是由數次超新星爆發以及猛烈的星風塑造的。超級泡普遍被人當作是河內宇宙線工廠而得到廣泛的討論，可以認為它們是單個超新星遺迹的補充或替代。H.E.S.S.的結果說明，這個泡狀結構是高能粒子的來源，其中也為這些粒子所充斥。超級泡是甚高能天空中一類新的輻射源。

脈衝星是強磁化的快速自轉中子星，它發出的極端相對論性粒子組成了星雲。此類星雲最著名的例子是蟹狀星雲，也是高能伽瑪射線天空中最明亮的輻射源之一。脈衝星PSR J0537??6910驅動了H.E.S.S.在LMC中所發現的星風雲N157B，在很多方面這顆脈衝星可以看作是河內極為強有力的蟹雲脈衝星的孿生兄弟。不過它的脈衝星風雲N157B在甚高能伽瑪射線能段的亮度比蟹狀星雲高出了一個數量級。這要歸結為N157B中較弱的磁場以及來自鄰近產星區強烈的星光，這二者都促進了高能伽瑪射線的形成。

超新星遺迹N132D是射電和紅外波段的明亮天體，看起來它是仍舊發出甚高能伽瑪輻射的遺迹中最古老也是最明亮的一個。它的年齡介於2500年與6000年之間，根據模型的預言，此時超新星爆發的波前應該已經減速了，遺迹應該無法再將粒子有效加速。但是它的亮度仍舊比銀河系中最亮的還要高。這一觀測證實了H.E.S.S.其他研究帶來的猜測，也就是超新星遺迹的亮度可以高於先前的猜想。

這幾個新的輻射源是在探測靈敏度的極限上觀測到的，而且彼此部分重疊，因此為H.E.S.S.的科學家帶來了挑戰。對望遠鏡捕獲的切侖科夫圖像新型解釋方法的發展讓這些發現成為了可能，這些方法尤其可以更精確地判斷入射伽瑪光子的方向。

Chia Chun Lu總結說：「H.E.S.S.在大麥哲倫雲中探測到的脈衝星風雲與超新星遺迹都比河內能量最高的同類天體還要強勁。顯然LMC中較高的產星率讓它孕育出了極為極端的天體。」這名學生在學位論文課題中分析了LMC的數據。她的導師、海德堡馬普核物理所所長兼H.E.S.S.系統多年以來的發言人維納·霍夫曼（Werner Hofmann）補充說：「然而讓人驚訝的是，與理論預言相背的是，年輕的超新星遺迹SN 1987A並沒有出現。不過我們會繼續去尋找它。」

實際上，新的28米口徑H.E.S.S.II望遠鏡將增強H.E.S.S.望遠鏡系統的性能，而在更遠的將來，計劃中的切侖科夫望遠鏡陣列（CTA）將提供LMC解析度更高的更深度伽瑪射線圖像。在CTA的科學計劃中，這個銀河系的伴星系已經被視作是「關鍵科學計劃」，需要特別的關注。

（全文完）