本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
几年前，我去听了一场讲座，天体物理学家特雷弗·威克斯将普通的粒子比作蚊子。它们数量众多，很容易找到，事实上，它们会自己找到你。但他表示，超高能伽马射线就像大象。它们相当稀有，但却是最伟大的生物之一。它们经常在壮观的栖息地漫游。它们巨大的体型考验着自然规律的极限。
我自然想邀请一篇关于这些魅力巨粒子的文章给《大众科学》，但多年来我一直不知道文章该说什么。尽管它们可能是科学界已知的最强大的电磁辐射——能量约为太电子伏特 (TeV) 的光子，相当于蚊子的动能集中在一个量子中——一旦你在同义词词典中用尽所有最高级词汇，真正还有什么可说的呢？在我听威克斯演讲时，天文学家总共只发现了大约十几个 TeV 伽马射线的宇宙源，而且它们都是常见的来源：巨型黑洞之类的。特拉伽马射线并没有揭示任何天文学家已经不知道的宇宙生态信息。它们就像动物园里的动物，在你看过小企鹅之前，看看它们还挺有趣的。
在过去的几年里，这一切都发生了改变。天文台已经编目了136个TeV源，这足以开始进行系统的天文学研究，而不是奇特的物理学研究。它们取得了一些惊人的成果，质疑了关于脉冲星的传统观点，并为暗物质提供了一些线索。
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耀变体，那些碰巧让我们从喷流喷射方向上观看的巨型黑洞（见上图），是银河系外最大的 TeV 伽马射线源类别。它们本身就非常极端，但有些会竭尽全力。它们的亮度相当于一千个银河系，并且可以在一个小时内变化五倍，速度之快令人费解，甚至连光都无法从黑洞的一侧穿到另一侧。“它们是整个天文动物园里最狂野的动物，”天体物理学家 查克·德默说。“光度简直令人难以置信。”
除了最高级词汇，去年克里斯托夫·普弗罗默、菲利普·张和艾弗里·布罗德里克提出，耀变体产生的 TeV 伽马射线在加热星系际气体方面发挥着被低估的作用。热能的注入将阻止气体沉降到星系中，尤其是在小型星系中，因为它们引力场太弱，无法克服消散的趋势。这或许可以解决现代宇宙学中最令人困惑的难题之一：暗物质应该会形成许多微型星系，但似乎并没有这样做。
TeV 目录中列出的耀变体只是其中一小部分。对于我们的仪器来说，所有其他耀变体都模糊在一起，形成弥漫在整个天空中的光晕。在 20 世纪 90 年代，康普顿卫星测量了这种伽马射线背景，能量高达 0.1 TeV。然而，当康普顿的继任者，费米卫星进行观测时，背景光晕看起来如此不同，就好像天文学家是第一次看到它一样。早期的天文台似乎在最高能量下校准错误。
结果是，耀变体并不是唯一用高能伽马射线弥漫我们天空的东西。德默表示，它们只占背景的六分之一左右。其余的必定来自脉冲星、超新星产生的宇宙射线碰撞，以及可能来自暗物质粒子的衰变或湮灭。“我们仍然无法解释各向同性通量的强度，”费米项目领导者之一的物理学家史蒂夫·里茨说。天体物理学家在上周于安克雷奇举行的美国天文学会会议的特别会议上聚集在一起讨论了这个谜团。
脉冲星是另一个例子，说明最近的测量如何迫使理论家回到绘图板。按理说，这些超高密度的中子星应该不含高能伽马射线。尽管恒星很可能在其表面附近产生这种伽马射线，但周围的磁层应该会将其熄灭，而较高高度产生的伽马射线应该相对较弱。“很多人不鼓励我们观察脉冲星的脉冲发射，”伽马射线天文学家内波穆克·奥特回忆道。
因此，当 MAGIC 天文台看到来自蟹状星云核心脉冲星的高能脉冲的迹象时，奥特说几乎没有人注意。但他和他的同事坚持不懈，去年，费米和 VERITAS 天文台证实了高达 0.4 TeV 的光子。“这改变了我们对蟹状脉冲星中伽马射线产生方式的看法，”奥特说。一个新想法是，电子和正电子流正在将能量输送到外部磁层，并在那里转化为伽马射线。天体物理学家早就知道中子星很复杂，但没想到会如此复杂。
特拉伽马射线天体物理学中最大的未知数是所谓的暗加速器。这些是天文学家尚未通过其他方式观察到的 TeV 伽马射线源；它们似乎不对应于任何恒星、星云或其他可识别的物体。它们在数据库中被诱人地标记为“UNID”。它们可能最终被证明是已知的系统，例如脉冲星星云，但总有希望它们是暗物质或其他前所未见的物质。“关于它们有很多猜测，”奥特说。
为了确切地知道发生了什么，天文学家需要的不仅仅是 136 个 TeV 源。一千个会更像样。因此，他们现在正在计划下一代天文台，望远镜散布在平方公里的土地上。就像马达加斯加的动物一样，伽马射线已经冲出了它们的动物园，回到了野外，并且强调了“野性”这个词。
耀变体图像版权：ESA/NASA，AVO 项目和 Paolo Padovani；望远镜图像版权：G. Perez，SMM，IAC