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西藏天文台从双子星脉冲星捕获 100 TeV 伽马射线并绘制宇宙射线图

作者 Redação Portal • 2026年3月13日 • 1 min de leitura

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照片: Planeta Terra - 照片: Thaweesak Saengngoen/istock

最近的一项天文观测记录了双子星脉冲星附近发出的极高能伽马射线的存在。测量结果达到了 100 万亿电子伏特，代表了这种特定类型天体现象有史以来记录的最高能量范围。

该研究的目标距离地球约800光年，位于双子座。这颗中子星历史上被科学界认为是整个夜空中第二亮的可见伽马辐射源。

收集到的数据为了解深空中发生的极端粒子加速过程提供了直接窗口。绘制这些排放图可以提供有关穿过宇宙的宇宙射线的起源、成分和行为的基本答案。

西藏基础设施动态观测

AS-gamma 实验的基础设施使这些高能信号的捕获成为可能，AS-gamma 实验是位于西藏自治区海拔 4,300 米的国际科学设施。该综合体运行着一个庞大的表面探测器网络，与地下切伦科夫水介子传感器相结合，旨在捕获宇宙辐射到达地球大气层时产生的二次粒子的大气簇射。

通过分析这些次级粒子的角度、分布和能量，研究人员能够准确地重建伽马射线在进入地球环境之前的轨迹和原始功率。安装的高海拔最大限度地减少了大气级联过程中的信息损失，而地下传感器则滤除背景干扰，从而可以清晰地读取来自双子座的信号。

粒子行为和磁场

宇宙射线本质上是高能带电粒子，不断轰击地球环境。由于其在宇宙中运动的物理性质，它的确切起源仍然是现代天体物理学中最大的问题之一。

由于它们带有电荷，这些粒子直接与遍布整个星系的星际磁场相互作用。这种相互作用导致它们的轨迹不断改变方向，形成一条混乱的路径，使得不可能沿直线追踪回它们的产生源。

为了克服这一技术限制，伽马射线的观察似乎是最有效的方法替代方案。与带电粒子不同，伽马辐射由光子组成，光子不带电荷，在空间中以绝对直线传播。

这些光子充当直接信使，准确指向极端加速事件发生的位置。当高能电子与周围的低能光子碰撞时，就会产生它们，在称为逆康普顿散射的过程中传递巨大的力。

恒星放射性晕的形成

Geminga 是一颗古老的脉冲星，估计已有 30 万年的历史，其特点是快速旋转和强烈发射辐射束。在这个致密的恒星核心周围，喷出的等离子体形成猛烈的风，不断与原始超新星的残骸碰撞。

这种连续的碰撞就像一个巨大的天然粒子加速器，将电子和正电子推向极限速度。这种相互作用的结果是脉冲星风星云的形成，它在视觉上表现为围绕死亡恒星的巨大的环形伽马射线晕。

能量限制和空间加速

最近对该光环的测绘表明，当能量超过 100 TeV 势垒时，伽马射线的强度会急剧下降。这种特定的测量确定了双子座星云内电子加速的临界极限，为物理模型提供了精确的数学参数。

这个能量上限的定义是理解不同天体如何管理其内力的里程碑。将这些数字与其他来源（例如达到千万电子伏级的蟹状星云）进行比较表明，年龄和周围环境直接决定了脉冲星的加速能力。

电子保留和扩散系数

测量详细说明的另一个方面涉及紧邻恒星的区域的扩散系数。该指数决定了宇宙射线粒子逃离局部磁湍流并在整个开放空间传播的速度和难易程度。

数据表明，Geminga周围的扩散速率仅相当于在其余星际介质中观察到的标准值的百分之一。这个极低的数字表明该特定区域内的颗粒流动性受到严重抑制。

实际上，这意味着脉冲星产生的电子和正电子大部分被捕获在其周围环境中。局部磁结构充当遏制屏障，防止这种高能材料快速扩散到星系的其他部分。

天体物理学中多余正电子的解决

这种强大的粒子保留能力的发现为解决天文观测中关于到达太阳系的反物质数量的长期差异提供了缺失的部分。几十年来，地球轨道上的仪器检测到的高能正电子数量远远大于宇宙射线传播的标准理论模型所能解释的数量。像Geminga这样的古代脉冲星作为巨大的陷阱，在数千年的时间里缓慢释放这些粒子，这一点的证实与证明这种过量现象所需的数学模型完全一致。被捕获的正电子的缓慢扩散产生了恒定且延迟的反物质流，准确地解释了地面设备捕获的异常读数，并明确地将脉冲星风星云的动力学与沐浴在行星附近的宇宙辐射的成分联系起来。