天文學家第一次發現千兆電子伏特加速器從銀河系中心發出!

Comment is Closed

Artwork of an active galactic nucleus, or AGN. Many, perhaps most large galaxies, are thought to harbour supermassive black holes in their central regions. These enormous gravitational powerhouses can weigh anything from a few hundred thousand to several billion times the mass of a normal star. In some galaxies, such as our own Milky Way, these black holes may be dormant. But in active galaxies such as quasars and Seyfert galaxies, those with unusually bright central regions, the black hole is probably feeding off a vast accretion disc - a donut-shaped gas cloud. The gas in the disc spirals around and is heated to extremely high temperatures by friction, before falling into the hole. In some cases, magnetic fields thread the disc, and lead to the formation of beams of charged particles, which are expelled at great velocities, approaching light speed, along the rotation axis.
圖為畫家印象中的環繞銀河系中心的巨大分子雲,被人馬座A*附近地區的超高能量加速質子不斷衝擊。Mark A. Garlick / H.E.S.S. Collaboration.

使用位在非洲納米比亞一座天文台的高能立體成像系統(H.E.S.S.),一個有4個大氣契倫可夫影像望遠鏡(IACT)的系統,天文學家已經偵測到在我們銀河系中從未觀察到的非常強有力的宇宙輻射源。

粒子從大氣層外的任何地方衝擊我們地球,都被稱為宇宙射線(cosmic ray)。一些來自太陽,但大多數來自太陽系外,被稱為銀河系宇宙射線(Galactic cosmic ray)。

推薦文章:  天文學家在我們太陽系中發現無法解釋的物體

大約85%的銀河系宇宙射線是質子(氫原子核),質子大約是組成α(阿爾發)粒子(氦核)的12%,剩下的部分是電子和較重原子的原子核。這些粒子可能在之前的幾百萬年間被加速,並且被我們銀河系的磁場困住而遊遍銀河系好多次。

當銀河系宇宙射線穿越非常薄的星際介質氣體時,一些宇宙射線會互相影響並且輻射出伽碼射線。這是我們知道銀河系宇宙射線如何穿梭銀河系。這些伽碼射線以直線行進,不會受磁場影響而偏移。因此,可以被往回追朔到它的源頭。

當超高能量伽瑪射線抵達地球時,它與大氣層上方的分子相互作用,產生大量的次級粒子,輻射出所謂的契倫可夫光(Cherenkov light)的短脈衝。藉由偵測這些閃光,在過去的30年,已有超過100個超高能量伽瑪射線被確認。


契倫可夫光(Cherenkov light)的短脈衝

德國漢堡大學的天文學家Attila Abramowski博士和來自H.E.S.S. Collaboration的同事說:”今天,我們知道宇宙射線的能量高達100兆電子伏特,是由在我們星系內的天體所產生,像是超新星殘骸以及波霎風星雲(pulsar wind nebulae)。

推薦文章:  我們的太陽有顆邪惡的雙胞胎名為「涅墨西斯」,造成了恐龍的滅絕?

“然而,理論上的爭議和對抵達地球的宇宙射線的直接量測指出,在我們銀河系的宇宙射線製造工廠,應該能提供至少上達1千兆電子伏特(PeV)的粒子。”

他們解釋:”儘管在這幾年已經發現許多個幾兆電子伏特(TeV)加速器,截至目前為止,還無法成功找到最高能量的銀河系宇宙射線的源頭。”

銀河系中心地區的新觀察,在昨天的自然期刊報導,提供了”這類千兆電子伏特宇宙輻射加速的直接徵兆”。

有了獨特的量測方法,Abramowski博士和共同作者能夠準確地確定這些超高能量粒子的來源。

來自法國原子能委員會Saclay實驗室的研究小組組員Emmanuel Moulin說:”有一個天文物理源頭在銀河系中心的33光年距離內,能夠加速質子的能量到大約1千兆電子伏特,持續至少1千年。”

類似於’兆電子伏特加速器(TeVatron)’,第一個人造加速器到達能量1兆電子伏特,這新發現的宇宙加速器被命名為’千兆電子伏特加速器(PeVatron)’。

科學家說:”我們提議人馬座A*的超質量黑洞和這個PeVatron有關。”

推薦文章:  天體物理學家說暗物質很有可能就是外星人!

sgr_lg
人馬座A*的超質量黑洞

“人馬座A*在過去經歷過活躍期,當時從銀河系中心噴發出X射線和粒子。”

他們說:”雖然它目前的粒子加速率還不足以對銀河系宇宙射線提供實質的貢獻,人馬座A*看來應該在過去的1千萬年更為活躍。因此應該被考慮為超新星殘骸,一個銀河系千兆電子伏特宇宙射線源頭的可行選擇。”

來源: Sci News