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美国宇航局的费米太空望远镜发现一颗缺失伽马射线的奇怪超新星

2024-04-26 13:34阅读：

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美国宇航局的费米太空望远镜发现一颗缺失伽马射线的奇怪超新星
By Robert Lea
published 8 hours ago
The Universe
“费米太空望远镜是在轨的最灵敏的伽马射线望远镜，因此当它没有探测到一个预期的信号时科学家必须解释这个缺乏” 。
美国宇航局的费米太空望远镜发现一颗缺失伽马射线的奇怪超新星

针轮星系，超新星SN 2023ixf的位置（圈出）。(Image credit: Center for
在用美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜检查附近的一颗超新星一个被意味来发现这些恒星爆炸如何点火叫宇宙射线的带电粒子的努力时科学家们已经发现了一个更大的秘密。

研究小组发现了这颗被命名为SN 2023ixf的超新星完全的缺乏当宇宙射线粒子被加速到接近光速时应该存在的伽马射线发射。这是一个可能挑战我们的超新星的理解的发现。长期以来科学家们一直相信它们是宇宙射线工厂，泵出巨大量的伽马射线。
SN 2023ixf是一颗“新”超新星（至少像我们在这里地球上看到的），于2023年5月18日被发现。它位于梅西耶101星系（M101），也被称为“针轮星系”，距离地球约2100万光年。被一颗质量估计约为太阳12倍的超巨星的死亡和坍缩造成，SN 2023ixf是自2008年费米望远镜开始搜索这些事件以来已经被发现的距离地球相对较近的最亮的超新星。
团队成员、的里雅斯特大学研究员桂乐木马特德威萨在一份声明中说，“天体物理学家此前估计了超新星将它们的总能量的约10%转化成宇宙射线加速度。但我们从未直接的观察到这一过程。用SN 2023ixf的新观测结果，我们的计算造成在爆炸后几天内低至1%的能量转化率”。
“这并不排除超新星为宇宙射线工厂，但这确实意味着我们关于它们的生产有更多要了解的” 。
神秘的宇宙射线工厂
每天都有数万亿的宇宙射线撞进地球大气层，其中约90%的这些带电粒子是氢原子核；剩下的是自由电子或更重元素的原子核。
然而，宇宙射线的来源一直难来调查的。这是因为随这些带电粒子旅行数百万光年到达地球它们遇到大量的使它们转向的磁场。这种无休止的反弹着意味宇宙射线的轨迹几乎不可能来重建。高能光子或伽马射线不体验这种偏转，因此能被用作宇宙射线产生的示踪剂。
位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局局戈达德太空飞行中心的费米项目科学家伊丽莎白·海斯在声明中说，“然而伽马射线直接的旅行到我们。宇宙射线当它们在它们的环境中与物质相互作用时产生伽马射线。费米望远镜是在轨的最灵敏的伽马射线望远镜，因此当它没有探测到一个预期的信号时，科学家必须解释这个缺乏。
“解决这个秘密将建立一个更准确的宇宙射线的起源的图片” 。
美国宇航局的费米太空望远镜发现一颗缺失伽马射线的奇怪超新星
一颗大质量恒星在一个超新星爆炸中垂死的描画，据信是一个宇宙射线工厂的事件。 (Image credit: Melissa Weiss/CfA)
当质量大约是太阳八倍的恒星耗尽它们核心核聚变所需的燃料时超新星发生。这也结束一直提供辐射压力来支撑恒星抵抗它自己的引力的能量外流。
随这场已经肆虐了数百万年的宇宙拔河战的结束，引力作为显然的胜利者，恒星的核坍塌。外层然后在一个超新星爆炸中向外爆炸。
这种被冲压掉的物质造成一个竞速从垂死的恒星走出的冲击波，撞进周围的气体和尘埃，加速粒子并创造宇宙射线。这些冲击波能持续长达50000年，在这段时间内影响星际物质。特别是当宇宙射线与星际气体和尘埃相互作用时它们创造伽马射线光子。
2013年，费米太空望远镜发现这种现象围绕我们银河系的超新星遗迹发生。这一发现揭示了这些超新星遗迹没有创造足够的高能粒子来匹配与科学家在地球上的测量。其中一个原因可能是在发射它们坍塌后的恒星的头几天期间超新星只加速粒子来创造最高能的宇宙射线。
这张图片在超新星被其他望远镜首次以可见光探测到后当费米观察了SN 2023ixf数月时进一步复杂。尽管费米太空望远镜观测在超新星爆炸后就来到，但美国宇航局的太空望远镜仍然没有看到来自SN 2023ixf的伽马射线。
至于为什么这颗超新星可能正在产生宇宙射线而不是伽马射线，该团队有一些可能的解释，至少没有一个是费米能探测到的。一种理论是超新星碎片以伽马射线不会流向地球的方式被不均匀的分布和对齐，因此费米不能发现它们。另一种可能性是围绕这颗超新星的碎片可能正在吸收被生产的任何伽马射线。
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天文学家现在将继续研究以其他波长光的SN 2023ixf，并创建计算机模型来了解是什么正在造成它的奇怪外观，
团队成员、蒙彼利埃宇宙和粒子实验室的天体物理学家马修勒瑙德在声明中说，“不幸的是没有看到伽马射线并不意味着没有宇宙射线，为将伽马射线的缺乏转化成一个宇宙射线生产的上限我们必须经历所有关于加速机制和环境条件的支撑假设” 。
该团队的研究已被《天文学与天体物理学》杂志接受发表。
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