科学家从脉冲星中发现了有史以来最高能量的伽马射线

脉冲星是超新星爆发后留下的恒星残骸。爆炸留下了一颗直径仅约 20 公里的微小死亡恒星，其旋转速度极快，并具有巨大的磁场。 H.E.S.S. 解释道：“这些死亡恒星几乎完全由中子组成，密度极高：一茶匙的物质质量就超过 50 亿吨，大约是吉萨大金字塔质量的 900 倍。”科学家 Emma de Oña Wilhelmi，该出版物的合著者，在 DESY 工作。

脉冲星发射旋转的电磁辐射束，有点像宇宙灯塔。如果它们的光束扫过我们的太阳系，我们就会定期看到辐射闪光。这些闪光也称为辐射脉冲，可以在电磁频谱的不同能带中进行搜索。科学家认为这种辐射的来源是脉冲星磁层中产生并加速的快速电子，同时向其外围行进。磁层由围绕恒星并与其共同旋转的等离子体和电磁场组成。 “在向外的旅程中，电子获取能量并以观察到的辐射束的形式释放能量，”来自波兰尼古拉斯·哥白尼天文中心（CAMK PAN）的布罗内克·鲁达克（Bronek Rudak）说道，他也是该研究的合著者。

船帆座脉冲星位于南天的船帆座（船帆座），是电磁波谱射电波段中最亮的脉冲星，也是千兆电子伏（GeV）范围内最亮的持续性宇宙伽马射线源。 。它每秒旋转约十一次。然而，在几吉伏以上，它的辐射突然结束，大概是因为电子到达脉冲星磁层的末端并从中逃逸。

但这并不是故事的结局：通过 H.E.S.S. 的深度观测，现在已经发现了一种能量更高的新辐射成分，其能量高达数十太电子伏 (TeV)。南非西北大学的合著者克里斯托·文特尔 (Christo Venter) 表示：“这比之前从该物体检测到的所有辐射的能量高出约 200 倍。”这种能量非常高的成分出现在与 GeV 范围内观察到的相同相位间隔处。然而，为了获得这些能量，电子可能必须比磁层移动得更远，但旋转发射模式需要保持完整。

领导这项研究的法国天体粒子与宇宙学 (APC) 实验室的 Arache Djannati-Atai 表示：“这一结果挑战了我们之前对脉冲星的认识，需要重新思考这些自然加速器的工作原理。” “粒子沿着磁层内或稍外的磁场线加速的传统方案无法充分解释我们的观察结果。也许我们正在通过光柱之外的所谓磁重联过程目睹粒子的加速，这仍然以某种方式保留旋转模式？但即使是这种情况也很难解释如何产生如此极端的辐射。”

无论解释如何，船帆脉冲星现在正式保持着迄今为止发现的最高能量伽马射线脉冲星的记录，仅次于其他最高级的脉冲星。 “这一发现为利用当前和即将推出的更灵敏的伽马射线望远镜探测数十太电子伏范围内的其他脉冲星打开了一个新的观测窗口，从而为更好地理解高磁化天体物理物体的极端加速过程铺平了道路，”贾纳提-阿泰说。

资源 Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY. "Scientists discover the highest energy gamma-rays ever from a pulsar." ScienceDaily. ScienceDaily, 5 October 2023. <www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231005135613.htm>.