直徑幾公里大的恆星發出自觀察以來能量最強的光

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科學家與合作的大氣伽瑪射線成像切倫科夫(Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov /MAGIC)天文臺發表研究報告,發現在超新星1054 A.D.中心處的中子星,亦即蟹狀星雲脈衝星(Crab pulsar),偵測到自觀察以來最強烈的脈衝輻射。

蟹狀星雲脈衝星是恆星在以超新星爆炸方式形成蟹狀星雲下的殘骸,它的質量為太陽的一點五倍,集中在直徑約十公里的物體,以每秒三十次自轉,並且被十兆倍於太陽磁場的強烈磁場區域所圍繞。這個磁場強到足以控制電荷的運行,並強迫他們以相同於恆星表面速度來旋轉。這個區域被稱作磁層結構(magnetosphere)。磁場的旋轉也產生了強烈的電場,逐漸地將電子從恆星表面扯開。當這些被加速的電子流竄出,他們產生的輻射光束,就好像是燈塔的光,在每一次經過我們的視線時,為我們所看到。

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蟹狀星雲

在2011年,MAGIC天文台和VERITAS (超高能輻射成像望遠鏡陣列系統)天文台發現出乎意料的、非常活躍的光子。來自西班牙巴塞隆納IEEC-CSIC及這個觀測計畫的首席調查員Emma de Oña Wilhelmi說:"我們使用MAGIC對蟹狀星雲脈衝星做深入的觀測,來了解這個現象,期待量測出這些跳動光子的最大能量值。"

來自ICCUB-IEEC的Roberta Zanin接著說:"新的觀測將這個脈衝束尾的能量值擴大到更高,高於兆電子伏特(TeV);也就是數倍大於之前的量測值。這違反所有我們相信在中子星可運作的理論模型。"

以兩束精準的光束到達的光子,應該是在遠離中子星表面的地方所產生的:在磁層結構的遠處尾端或是外部,在脈衝星周圍超相對的粒子風裡,能夠加速電子到如此的能量,逃避已磁化的大氣層大量吸收。但令人非常驚訝的是,很可能是在磁層結構內產生的兆電子伏特電子束,和無線電波束及X-射線束是在同一時間到達。這些不同能量而緊密同步的光束,暗示著在多波長(頻段)頻譜所觀察到的明亮輻射是在一塊非常小的區域一起產生的。或者你可以說,可靠的來自兆電子伏特輻射的電子,保持著某種低能量光束的記憶。

來自ICCUB-IEEC的Daniel Galindo Fernandez說:"在哪裡以及如何產生兆電子伏特輻射,依舊是個謎,並且很難與標準理論形成一致。來自馬德里康普頓斯大學(Complutense University of Madrid)的David Carreto Fidalgo補充道:"在這麼小的區域,如何以及在何處達成如此的效果,挑戰著我們的物理知識。"

來自德國慕尼黑馬克斯·普朗克物理學研究所(MPP)、MAGIC發言人Razmik Mirzoyan說:"順便一提,除了太陽是在所有能量帶上最要調查之外,這是MAGIC在拼圖天體上,所達成另一項非常重要的結果。因此,從2004年MAGIC實驗操作的開始,我們密集觀測蟹狀星雲和蟹狀星雲脈衝星有了回報。同時,我們揭示了一些這個難以理解的物體的重要特徵,因而提供重要的資訊給從事理論工作的同仁。現在是他們該採取行動來解釋這些事物如何運作。在各種大氣成像切倫科夫望遠鏡中,MAGIC被設計成為最合適進行這類觀測的儀器。

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圖:中子星(紅色球體)以及強烈的磁場(白線),以每秒幾乎三十次的自轉,向四周的太空噴射出高能電子。來自偵測到的光子的可能源出地,綠色和藍色遮蔽區域描繪出不同粒子的加速區;綠色區域位於脈衝星磁圈附近,而藍色區域可以距離脈衝星十萬公里遠。Patricia Carcelén Marco

來源: Aanda

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