大质量恒星创造宇宙射线“茧”

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


天鹅座X是夜空中天鹅座的一个恒星形成区。在可见光下它看起来相当漂亮,如下面的视频开头所示。但在无线电、红外线和伽马射线波长中,天鹅座X才真正活跃起来。

近期费米大型区域望远镜(LAT)的观测表明,该区域恒星形成云中大质量恒星创造的空腔充满了伽马射线,这些伽马射线是在云层受到宇宙射线撞击时产生的。

天鹅座X距离我们4500光年。它拥有足够的物质来制造两百万颗像太阳一样的恒星,但其中包含的恒星比太阳质量大得多。


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在天鹅座X中,恒星团主要由最热和最亮的恒星类型——O型星和B型星组成。这些被称为OB星协的星团只有五百万年的历史——在恒星尺度上来说还很年轻。O型星和B型星是质量最大的恒星,这就是为什么与其他类型的恒星相比,它们如此罕见。它们“雕刻”了它们所在的 газовое облако 云,发出辐射和巨大的恒星风,从而创造了环绕恒星的空腔。通过这样做,恒星清除了它们周围区域的气体,使得更多的恒星很难在附近形成。它们有效地攀登了恒星形成的阶梯,然后在到达顶端后又将其踢了下来。

天鹅座X在1950年代被发现是一个无线电波源。现在,费米LAT的观测表明,该区域存在一个巨大的、跨度达160光年的宇宙射线“茧”。费米团队在一篇11月25日发表在《科学》杂志上的论文中表示,宇宙射线“淹没”了年轻星团中大质量恒星雕刻出的空腔。

宇宙射线是亚原子粒子的束流,通常是质子,它们以接近光速的速度在太空中传播——非常像大型强子对撞机等粒子加速器中的粒子。

当宇宙射线在太空中传播时,它们会受到磁场的推挤而改变路径,使得很难看到宇宙射线的起源地。当它们遇到星际之间的气体时,它们会产生伽马射线。与宇宙射线不同,伽马射线能够穿透其路径上的任何物质,到达地球时仍然沿着直线路径行进——因此我们可以看到它们的起源地。

宇宙射线的来源是天体物理学中一个长期存在的问题。通过追踪伽马射线,费米LAT可以在帮助天文学家弄清楚宇宙射线究竟来自哪里方面发挥作用。

新发现的宇宙射线“茧”由该区域大质量恒星外流产生的磁场束缚在一起。来自恒星的冲击波使磁场纠缠在一起,从而将宇宙射线捕获。

天鹅座伽玛星,一颗垂死恒星——或超新星——的遗迹,存在于天鹅座X区域内,使其成为宇宙射线源的候选者。但费米团队也认为,OB星协中大质量恒星产生的多重冲击波也是可能的来源。

这篇论文表明,宇宙射线的生命可能比天文学家之前认为的更加充满事件。

参考文献

Ackermann, M., & et al (2011). 费米探测到天鹅座超星云中新加速宇宙射线的茧 《科学》, 334 (6059), 1103-1107 DOI: 10.1126/science.1210311

Kelly Oakes has a master's degree in science communication and a degree in physics, both from Imperial College London. She started this blog so she could share some amazing stories about space, astrophysics, particle physics and more with other people, and partly so she could explore those stories herself.

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