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天体物理喷气式飞机陷入“速度陷阱”

2024-01-26 15:07:40  来源:激光网原创    

科幻小说作家亚瑟·克拉克在1997年的BBC电视连续剧中选择了自己的世界七大奇迹。他包括的唯一天体是SS 433。由于其 X 射线发射,它在 1970 年代后期就引起了人们的注意,后来被发现位于气态星云的中心,该气态星云因其类似于这些水生哺乳动物的独特形状而被称为海牛星云。

SS 433是一个双星系统,其中质量约为太阳十倍的黑洞和质量相似但体积更大的恒星以13天的周期相互绕行。

黑洞的强烈引力场将物质从恒星表面撕裂,这些物质积聚在为黑洞提供食物的热气体盘中。当物质落入黑洞时,两个准直的带电粒子射流以光速的四分之一垂直于圆盘平面发射。

SS433的射流可以在无线电到X射线范围内被探测到,在它们变得太暗而无法看到之前,在它们变得太暗而无法看到之前,在X射线范围内。然而,令人惊讶的是,在距离发射场约75光年的地方,这些喷气式飞机突然以明亮的X射线源的形式重新出现。长期以来,人们对这种重新出现的原因知之甚少。

类似的相对论性喷流也从活动星系的中心发出,尽管这些喷流的尺寸比SS 433的星系喷流大得多。由于这种类比,像SS 433这样的物体被归类为微类星体。

直到最近,还没有从微类星体中检测到伽马射线发射。但这种情况在 2018 年发生了变化,当时高海拔水切伦科夫伽马射线天文台首次成功探测到 SS 433 喷流中的超高能伽马射线。这意味着在射流的某个地方,粒子被加速到极端能量。

尽管进行了数十年的研究,但目前尚不清楚粒子在天体物理喷流中如何或在哪里加速。

对微类星体伽马射线发射的研究提供了一个关键的优势:虽然SS 433的喷流比最近的活动星系的喷流小50倍,但SS 433位于银河系内,距离地球近一千倍。因此,SS 433在天空中的喷流的视尺寸要大得多,因此它们的特性更容易用当前一代的伽马射线望远镜进行研究。

在HAWC探测的提示下,H.E.S.S.天文台发起了对SS 433系统的观测活动。这次活动产生了大约200小时的数据,并清楚地检测到SS 433喷气式飞机的伽马射线发射。

与早期的测量相比,H.E.S.S.望远镜的角分辨率更高,这使得研究人员首次能够确定喷气式飞机内伽马射线发射的来源,从而产生了有趣的结果:

虽然没有从中央双星区域探测到伽马射线发射,但根据之前的X射线观测,发射突然出现在双星两侧约75光年的外层喷流中。

然而,最让天文学家感到惊讶的是,当在不同能量下观察时,伽马射线发射的位置发生了变化。

最高能量超过10太电子伏特的伽马射线光子,只有在射流突然重新出现的地方才能被检测到。相比之下,发射能量较低的伽马射线的区域沿着每个喷流出现得更远。

“这是有史以来第一次观测到天体物理喷流伽马射线发射中的能量依赖性形态,”来自海德堡马克斯-普朗克研究所的劳拉·奥利维拉-涅托说,她领导了SS 433的H.E.S.S.研究,作为她博士论文的一部分。

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