恒星爆炸將深空宇宙射線提升至接近光速

千呼萬喚始出來，IXPE揭開超新星爆炸和宇宙射線起源的神秘面紗

恒星爆炸將深空宇宙射線提升至接近光速

根據(jù)最新一項研究表明，超新星殘骸SN 1006能作為宇宙射線加速器

SN 1006的復(fù)合x射線圖像,使用來自IXPE和Chandra X射線天文臺的數(shù)據(jù)。來自IXPE的偏振數(shù)據(jù)在左上角顯示為紫色。白線表示磁場的方向；

（圖像來源：X射線：NASA/CXC/SAO (Chandra)；NASA/MSFC/南京大學(xué)/P.Zhou等人(IXPE)；IR：NASA/JPL/CalTech/Spitzer；圖像處理：NASA/ CXC/SAO/J.Schmidt。由Space.com裁剪。）

新型 X 射線望遠鏡展示了恒星爆炸沖擊波如何對準強大的磁場，從而將原子碎片加速到接近光速。

這一發(fā)現(xiàn)是在一顆名為 SN 1006 的超新星或恒星爆炸的遺跡中發(fā)現(xiàn)的。宇航局和意大利航天局的成像 X 射線偏振探測器 (IXPE) 對它進行了詳細檢查。2021年12月發(fā)射的太空望遠鏡測量到這顆超新星的高能X射線。

這個遺跡是Ia型超新星的殘留物。當兩顆白矮星或舊星核碰撞時，或者當一顆白矮星從伴星中積累過多質(zhì)量時，這種類型就會產(chǎn)生爆炸。

1006年產(chǎn)生的SN 1006爆炸發(fā)生在如今國際天文學(xué)聯(lián)合會稱之為天狼星的位置。遠至阿拉伯世界，以及現(xiàn)在的中國、和，都看到了此般景象。這顆超新星被認為是自有記載以來最亮的一顆。根據(jù)古代記錄，這顆超新星距離我們6500光年，非常明亮，三年內(nèi)肉眼都能夠在夜空中看見。

IXPE表明，X射線是偏振的，即X射線光子在特定方向振蕩或振動，這是由于在膨脹的超新星氣體和塵埃遺跡中以某種方式定向的磁場所致。

中國江蘇南京大學(xué)的首席研究員周平在10月26日NASA的一份聲明中表明: “現(xiàn)在我們可以看到 SN 1006 的磁場是動蕩的，但也呈現(xiàn)出有組織的方向?！?/p>

藝術(shù)家對太空IXPE觀測站的描繪（圖像來源：NASA）了解超新星遺跡中磁場的順序和方向至關(guān)重要，因為這些遺跡被認為是至少一些宇宙射線的起源。這些射線是帶電粒子，例如質(zhì)子、電子和一些離子，它們被超新星中的強烈磁場加速至接近光速。

許多科學(xué)家猜測宇宙射線來源于超新星，但其精確的來源很難查明。NASA官員在聲明中補充道，過去對SN 1006的觀測表明，像它這樣的超新星遺跡可能充當粒子加速器，而周圍的星云（或氣體云）可能是宇宙射線的起源地。

IXPE 當前的發(fā)現(xiàn)表明，超新星中的磁場是對齊的，因此磁場指向遠離超新星爆炸源的方向。IXPE 研究的另外兩顆超新星遺跡——仙后座 A（其光線在17世紀60年代到達地球）和丹麥天文學(xué)家第谷·布拉赫于 1572 年發(fā)現(xiàn)的超新星遺跡

然而，來自SN 1006的X射線偏振程度顯著增強，為磁場現(xiàn)象提供了比研究中考慮的其他兩顆超新星更具說服力的證據(jù)。

該項調(diào)查的合著者、香港大學(xué)的楊奕貞表示：“從我們的光譜偏振分析中獲得的偏振特性與其他方法和X射線天文臺的結(jié)果非常吻合?！?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，當超新星沖擊波穿過超新星周圍的氣體和塵埃傳播時，磁場會與沖擊波的方向一致。帶電粒子被沖擊波掃起，被困在磁場線中并被加速。

然后，這些宇宙射線穿過太空，突破太陽系周圍受太陽風(fēng)或從太陽流出的帶電粒子吹動的太陽影響區(qū)域（日光層氣泡）。

接下來，射線到達地球，在旅程的最后一段路程中，它們撞擊大氣分子。每次碰撞都會導(dǎo)致分子在短壽命μ介子的大氣簇射中破碎，這些μ介子是“子粒子”（分子分解后的衰變產(chǎn)物）。μ介子在閃光中迅速衰變，然后被宇宙射線探測器捕獲，采集幾個世紀前死亡恒星的回聲。

相關(guān)知識

超新星是某些恒星在演化接近末期時經(jīng)歷的一種劇烈爆炸。這種爆炸都極其明亮，過程中所突發(fā)的電磁輻射經(jīng)常能夠照亮其所在的整個星系，并可能持續(xù)幾周至幾個月甚至幾年才會逐漸衰減。而在此期間，一顆超新星所釋放的輻射能量可以與太陽在其一生中輻射能量的總和相當。

BY:Keith Cooper

FY:baa

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