費米望遠鏡引發耀變體探測富源

原文標題：NASA"s Fermi Satellite Kicks Off a Blazar-detecting Bonanza作者：Francis Reddy 原文來自：NASA Posted: 2015. 12. 16編譯：Melipal 審校：Linq （編譯版權所有，未經許可請勿轉載。）很久很久之前，在跨越半個宇宙的另一個星系中，一股高能伽瑪射線洪流開始了奔向地球的旅程。2015年4月，當它們抵達地球的時候，NASA的費米伽瑪射線空間望遠鏡捕獲了爆發，由此幫助兩座地面伽瑪射線天文台在如此遙遠的星系中探測到了一些迄今所見能量最高的光子。這些觀測提供了令人驚訝的圖景，一窺星系中心特大質量黑洞附近的環境，並讓人們瞥見了70億年前宇宙的狀態。

探索空間與地面伽瑪射線望遠鏡是如何捕獲來自PKS 1441+25一場爆發的高能光子的。PKS 1441+25是大半個宇宙之外一個由黑洞驅動的星系。點擊下載NASA科學可視化工作室提供的高清視頻（圖片提供：NASA"s Goddard Space Flight Center）來自法國奧爾賽（Orsay）核物理研究所的喬納森·比托（Jonathan Biteau）說：「當我們考察這次事件從伽瑪射線到射電的所有數據時，我們認識到，這些測量告訴了我們一些超乎預期的東西，說明黑洞是如何生成這樣的能量的。」比托領導了針對亞利桑那州伽瑪射線望遠鏡甚高能輻射成像望遠鏡陣（VERITAS）觀測結果的研究。天文學家曾假定，不同能量的光子是源自與黑洞距離不同的輻射區的。能量最高的光線——伽瑪射線據信是在距離黑洞最近的地方生成的。比托解釋道：「相反，多波段觀測說明，所有波段的輻射都是來自同一個區域的，它距離能源很遠。」觀測結果確定出，這一區域距離黑洞約有5光年，這比太陽到最近的恆星還要遠。伽瑪射線源自一個名叫PKS 1441+25的星系，它屬於一類名叫耀變體的活動星系。這個星系位於牧夫座，距離我們非常遙遠，它發出的光線要花費76億光年才能抵達地球。在星系核心，存在一個巨型黑洞，其估計質量是太陽的7000萬倍，周圍環繞著一個高溫氣體和塵埃組成的盤面。如果將這個黑洞放置在提啊一些的中心，它的視界（也就是萬物都無法逃逸的邊界）幾乎要延伸到火星軌道的位置。當物質落向黑洞的時候，其中的一部分會形成雙極粒子噴流，以接近光速的速度沿相反方向從盤面射出。耀變體的一道噴流幾乎直指地球，因此它們是明亮的伽瑪射線源，為天文學家提供了一個機會，可以直視黑洞認知不足的動態區域。

耀變體是由黑洞驅動的一種星系，它是NASA的費米伽瑪射線空間望遠鏡探測到的最常見的輻射源。當物質落向星系中心的特大質量黑洞時，其中的部分物質沿方向相反的一對噴流被向外加速到了接近光速的速度。如圖所示，當其中的一道噴流恰好正對地球的時候，這個星系看上去會尤其明亮，被歸為耀變體之列。（圖片提供：M. Weiss/CfA）2015年4月，PKS 1441+25發生了一場大型噴發。來自羅馬的義大利國家天體物理研究所的路易吉·帕齊亞尼（Luigi Pacciani）當時正在領導一個計劃，他們與加那利（Canary）群島拉帕爾瑪（La Palma）的大型大氣伽馬射線成像切倫科夫望遠鏡（MAGIC）合作，試圖捕獲耀變體耀發的最早期。帕齊亞尼使用公開的費米觀測數據發現了這場爆發，隨後立即通報給了天文學界。費米的大面積望遠鏡揭示出了能量最高可達330億電子伏特（GeV）的伽瑪光子，這一能段已經接近該儀器的探測上限。作為比較，可見光的能量大約介於2到3電子伏特之間。帕齊亞尼說：「我們使用費米探測到了能量極高的伽瑪射線，而且使用NASA的雨燕衛星看到了它的光學和X射線耀發，這很清楚地表明，PKS 1441+25是MAGIC的優良觀測目標。」在費米發出通報之後，MAGIC小組轉向觀測這個耀變體，並探測到了能量介於40到250 GeV之間的伽瑪射線。來自馬里蘭州格林貝爾特（Greenbelt）NASA戈達德太空飛行中心的研究者約瑟法·貝齊拉·岡薩雷斯（Josefa Becerra Gonzalez）說：「由於這個星系距離如此遙遠，我們並沒有太期待著能夠探測到能量如此高的伽瑪光子。能量越高，伽瑪光子的數量就越少；而來自距離如此遙遠的輻射源的伽瑪光子就更少了。」作為MAGIC研究的一部分，岡薩雷斯分析了費米LAT望遠鏡的數據。對於伽瑪射線來說，距離至關重要的原因是，當高能光子與低能輻射相撞時，它們會轉化為其他粒子。在整個宇宙歷史中閃耀的恆星發出的可見光和紫外輻射形成了一種名叫河外背景光（EBL）的殘餘輝光。對於伽瑪射線來說，為了能在地球上探測到，它們必須要首先穿越這層宇宙障礙。當一個伽瑪光子與星光相遇時，它會轉化為一個電子以及一個正電子，天文學家就探測不到它了。耀變體距離越遠，能量最高的伽瑪光子倖存下來並被探測到的幾率就越小。

由於河外背景光（EBL）的作用，距離越遙遠的耀變體損失的高能伽瑪射線數量就越多。EBL是瀰漫在宇宙中的可見光和紫外星光組成的「宇宙霧霾」。根據對鄰近耀變體的研究，科學家知道了在不同能段應有的伽瑪射線輻射數量。如果伽瑪射線在奔向地球的途中與EBL的低能光子相撞，就會轉化成一對粒子，而無法被天文學家接收到。如上圖左側的曲線所示，耀變體距離越遠，我們所能探測到的高能伽瑪光子越少。在2015年4月PKS 1441+25的一起耀發期間，MAGIC與VERITAS探測到了100 GeV以上的罕見伽瑪輻射，它們在76億光年的征程中倖存了下來。（圖片提供：NASA"s Goddard Space Flight Center）在MAGIC的發現之後，VERITAS也發現了能量接近200 GeV的伽瑪光子。12月15日在《天體物理學報通信》雜誌上發表的論文詳細描述了兩個小組作出的發現。PKS 1441+25是僅有的兩個距離如此遙遠且曾有100 GeV以上能量伽瑪光子觀測的輻射源之一。它壯觀的耀發讓人們有力地瞥見了EBL在近紅外到近紫外波段的強度，說明星系巡天已經辨認出了貢獻EBL的大多數輻射源。NASA的費米伽瑪射線空間望遠鏡是天體物理學與粒子物理學的聯合項目，是與美國能源部合作開發的，來自法國、德國、義大利、日本、瑞典以及美國的學術機構和合作夥伴對此作出了重要貢獻。更多關於NASA費米望遠鏡的信息請訪問：http://www.nasa.gov/fermi。（全文完）分享到百度一下分享到：
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