扮演发电站角色的蟹蟹状星云脉冲星

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-02-04 12:32:44 | 作者:Melipal 译 | 来源:MPS | 浏览:1635次 ]

原文标题:Powerhouse crab pulsar

原文来自:Max-Planck-Gesellschaft    Posted: 2016. 1. 14  

编译:Melipal     审校:Linq (编译版权所有,文章有删节,未经许可请勿转载。)

MAGIC望远镜探测到了能量极高的光子。

蟹云脉冲星创下了一项新的记录:它发出了迄今从恒星接收到的能量最高的辐射。这一观测可能会对当前的脉冲星理论提出挑战。而且一种到现在为止为人了解甚少的机制看上去在将粒子加速到如此高能量的过程中扮演了相应的角色。MAGIC望远镜相关的一个研究小组汇报了这些发现。

能量束:蟹云脉冲星带着强劲的磁场(以白色曲线表示)每秒钟几乎要旋转30周,向周围的宇宙空间注入高能电子。图中的绿色和蓝色区域表示不同的粒子加速区,探测到的光子可能是源于这些区域的。绿色区域位于脉冲星的磁层附近,而蓝色区域距离脉冲星可以远至10万千米。(图片版权:Patricia Carcelén Marco)

蟹云脉冲星是一次超新星爆发的残余,地球上的人们在1054年观测到了这场爆发。这颗中子星的直径只有10千米左右,每秒绕轴旋转大约30周。因此它像灯塔一般发出脉冲,而这样的脉冲会延伸到整个电磁波谱上,从长波射电到可见光以及可见光之外,再到短波高能伽玛射线。

磁场:辐射能的发电机

科学家在MAGIC望远镜的帮助下发现了能量要比先前的观测高很多倍的光子(也就是组成光线的粒子)。仅仅几年之前,我们还认为蟹云脉冲星最高的可观测能量是6 GeV(10亿电子伏特)。

2008年,MAGIC望远镜记录下了能量超过25 GeV的辐射。这架望远镜在2012年还大肆宣传称自己测量到了400 GeV的光子。自那以后,MAGIC测量到了能量高至1.5 TeV(万亿电子伏特)的伽玛光子。然而,研究者尚不能解释带电粒子是如何被加速到这样的极高能量上的。

来自马克斯·普朗克物理所的MAGIC合作组发言人兼项目领导人拉兹米克·米尔佐扬(Razmik Mirzoyan)说:“在形成高能粒子的过程中,扮演中心角色的是中子星典型的极强磁场它会生成极强的电场。在中子星带磁性的复杂大气中,电子及其反粒子——正电子被加速到了接近光速的速度,随后彼此湮灭。”

在这一过程中,可以使用同步辐射和曲率辐射来解释最高可达数GeV的伽玛光子。为了解释现在我们观测到的1.5 TeV以上的伽玛脉冲,必然就要存在另一种机制了。

高能辐射源自中子星的哪个区域?

米尔佐扬详细描述道:“只有电子成功逃离中子星复杂的磁场拓扑结构,并在电场中加速自身之后,我们才能观测到极高能伽玛光子,随后它们与低能射电到X射线光子一道,形成了脉冲星的光锥。”

为了让伽玛光子“逃逸”,研究者认为存在一种间接可能性:在这一过程中,逃逸出来的是直接源自脉冲星的电子和正电子,而非它们加速后的二代或三代“后裔”。它们是在磁场最外边缘形成的,高度大约是1500千米。

在这里,简单说来,富含能量的带电粒子与紫外和X射线辐射以及磁场发生了相互作用。随后次级粒子将能量转移给了能量较低的光子,因此将后者转化为了能量极高的伽玛光子,随后光子离开了磁场。这样的能量转移过程叫做逆康普顿散射。

经由逆康普顿效应,伽玛光子还可以在远离脉冲星的脉冲星风区域形成,加速粒子这里类似地也会遭遇X射线光子。

然而MAGIC望远镜接收到的能量极高的伽玛光子是与低能射电和X射线信号同时抵达的,这说明它们是在同一磁场结构中出现的。

米尔佐扬总结道:“这将意味着,所有的辐射都是在磁场边缘处一个相对较小的区域内形成的,又或者说高能伽玛光子保留有低能辐射的某种‘记忆’。此时我们可以假设,逆康普顿散射机制可以解释脉冲星为何能够发出如此高能的伽玛光子。然而长期考虑,我们需要详尽的新型理论模型,来描述这样的现象。”

(全文完)

Tags:蟹状星云 脉冲星 高能辐射

责任编辑:Melipal

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