科学家探测到来自脉冲星的极高能伽马射线

科学家探测到来自脉冲星的极高能伽马射线科学家探测到来自脉冲星的极高能伽马射线，其能量高达20TeV，相当于可见光能量的10万亿倍。这一发现挑战了对脉冲星的传统认知。脉冲星是超新星爆发后留下的恒星残骸，几乎完全由中子构成，旋转极快，密度极高，一茶匙物质的质量就超过50亿吨。脉冲星会像宇宙灯塔那样发射旋转的电磁辐射束。如果辐射扫过太阳系，我们就会定期观察到辐射的闪光。Vela脉冲星此前观测到的伽马射线能量在GeV范围内，但利用位于纳米比亚的H.E.S.S.天文台，天文学家在TeV能量范围内观测到了辐射。来源，频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

科学家发现脉冲星发出有史以来能量最高的伽马射线

科学家发现脉冲星发出有史以来能量最高的伽马射线脉冲星是在超新星爆炸中壮观爆发的恒星遗留下来的尸体。爆炸会留下一颗直径仅约20公里的微小死星，它的旋转速度极快，并具有巨大的磁场。H.E.S.S.的科学家埃玛-德奥纳-威尔赫尔米（EmmadeOñaWilhelmi）解释说："这些死星几乎完全由中子组成，密度惊人：一茶匙的物质质量超过50亿吨，大约是吉萨大金字塔质量的900倍。"脉冲星发出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，我们就会看到每隔一定时间就会出现的辐射闪光。这些闪光也被称为辐射脉冲，可以在电磁波谱的不同能段中搜寻到。科学家们认为，这种辐射的来源是脉冲星的磁层中产生并加速的快速电子，它们正向脉冲星的外围移动。磁层由等离子体和电磁场组成，环绕恒星并与恒星共同旋转。波兰尼古拉斯-哥白尼天文中心（CAMKPAN）的布罗内克-鲁达克（BronekRudak）说："电子在向外运动的过程中获得能量，并以观测到的辐射束的形式释放出来。"维拉脉冲星位于南天的船帆座，是电磁波谱射电波段最亮的脉冲星，也是千兆电子伏特（GeV）范围内最亮的宇宙伽马射线持续源。它每秒旋转大约11次。然而，在超过几个GeV时，它的辐射就会戛然而止，这可能是因为电子到达了脉冲星磁层的末端，并从磁层中逃逸出来。但这并不是故事的结束：通过使用H.E.S.S.进行深入观测，现在又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特（TeV）。来自南非西北大学的合著者克里斯托-文特尔（ChristoVenter）说："这比以前从这个天体中探测到的所有辐射的能量高出约200倍。这种超高能量成分出现的相位间隔与在GeV范围内观测到的相位间隔相同。然而，要达到这些能量，电子可能要比磁层走得更远，但旋转发射模式需要保持不变。"领导这项研究的法国天体粒子与宇宙学（APC）实验室的AracheDjannati-Atai说："这一结果挑战了我们以前对脉冲星的认识，需要重新思考这些天然加速器是如何工作的。""粒子在磁层内或磁层外沿磁场线加速的传统方案无法充分解释我们的观测结果。也许我们看到的是粒子在光柱之外通过所谓的磁重联过程加速，而这一过程在某种程度上仍然保留了旋转模式？但即使是这种情况，也很难解释如此极端的辐射是如何产生的"。无论如何解释，Vela脉冲星现在正式保持着迄今为止发现的伽马射线能量最高脉冲星的记录。Djannati-Atai说："这一发现打开了一个新的观测窗口，利用目前和即将出现的更灵敏的伽马射线望远镜可以探测到数十太电子伏特范围内的其他脉冲星，从而为更好地了解高磁化天体的极端加速过程铺平了道路。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388431.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388431.htm

从探空火箭到卫星：绘制蟹状星云磁场的50年历程

从探空火箭到卫星：绘制蟹状星云磁场的50年历程韦斯科普夫说："使科学如此美丽和令人兴奋的是，在那片刻间，你看到的是从未有人看到过的东西，"韦斯科普夫现在是美国航空航天局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的名誉天文学家。几十年后，魏斯科普夫提议开发一颗地球轨道卫星，配备强大的仪器，可以收集关于蟹状星云和其他神秘宇宙物体的更详细的同类测量。这颗卫星成为美国宇航局的成像X射线测偏探测器（IXPE），它于2021年12月9日发射。艺术家描绘的地球轨道上的IXPE。资料来源：美国国家航空航天局现在，在探空火箭实验50多年后，科学家们利用IXPE创建了蟹状星云磁场的详细、微妙的地图，比以往任何时候都更多地揭示了其内部运作。发表在《自然-天文学》杂志上的这些新结果，有助于解决长期以来对蟹状星云的研究之谜，并为今后的研究提出了新问题。IXPE数据显示，蟹状星云的磁场与维拉脉冲星风状星云的磁场相似，后者也是甜甜圈形状。但是在蟹状星云，科学家们惊讶地发现，磁场湍流的区域比预期的更加错落有致和不对称。这项研究的主要作者、意大利佛罗伦萨INAFArcetri天文台的天文学家NiccolòBucciantini说："这清楚地表明，即使是过去利用先进的数值技术开发的更复杂的模型，也不能完全抓住这个天体的复杂性。"蟹状脉冲星是一个著名的天文天体，距离地球约6500光年，它起源于一颗大质量恒星的爆炸。蟹状星周围的星云包含一个甜甜圈形状的磁场，美国宇航局的成像X射线测偏探测器（IXPE）观察到了这个磁场。橙色的线条强调了IXPE确定的磁场形状。它被叠加在由钱德拉X射线天文台（蓝色和白色）、哈勃太空望远镜（紫色）和斯皮策太空望远镜（粉色）的数据组成的综合图像上。蟹状星云是天文学家们最喜欢的研究对象，它是由1054年记录的一颗超新星产生的。爆炸留下了一个被称为蟹状脉冲星的密集物体，直径约为阿拉巴马州的亨茨维尔或曼哈顿的长度，但质量却相当于两个太阳。来自旋转的脉冲星的气体、冲击波、磁场和高能光和粒子的混乱局面被统称为"脉冲星风星云"。这些极端条件构成了一个尚未被彻底理解的怪异环境。Weisskopf及其同事希望通过测量来自蟹状星云的X射线的偏振来以一种新的方式了解这种极端环境，因为蟹状星云在X射线中闪耀着光芒。X射线偏振为科学家们提供了线索，让他们了解宇宙物体不同部分的磁场指向，以及磁场的有序程度。磁场的几何形状和湍流决定了粒子如何被弹射到光速。1971年，美国宇航局的马丁-魏斯科普夫和哥伦比亚大学的同事与Aerobee-350探空火箭合影，他们用该火箭首次探测到来自天体--蟹状星云--的X射线偏振。从左到右是罗伯特-诺维克，加布里埃尔-爱泼斯坦，魏斯科普夫，理查德-沃尔夫和理查德-林克。资料来源：美国国家航空航天局在1971年的探空火箭实验在地球大气层上空停留的5分钟里，它产生了世界上第一个X射线偏振测量值。科学家们在1975年用一颗名为OSO-8的卫星进行了跟进，它也测量了蟹状星云的X射线偏振。火箭和卫星产生了大致相同的结果：蟹状星云的平均偏振率约为20%。作为1999年发射的美国宇航局钱德拉X射线天文台的项目科学家，魏斯科普夫以新的方式继续探索蟹状星云。"通过钱德拉，我们拍摄了星云和脉冲星的美丽图像，我们可以看到喷流和各种结构，"他说。钱德拉的X射线成像显示了在星云中移动的缕状结构，并帮助科学家进一步了解脉冲星的能量和X射线发射之间的关系。几乎所有最近的大型望远镜都指向蟹状星云，以更好地了解这个神秘的超新星遗留物。但是只有IXPE能够从偏振的角度研究来自巨蟹的X射线，偏振是对电磁场组织的一种测量。"巨蟹是天空中被研究最多的高能天体之一。因此，我们可以通过IXPE的'偏振镜'来了解这个系统的一些新情况，这是非常令人兴奋的，"隶属于马里兰大学巴尔的摩分校的美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究科学家MichelaNegro说，他也是这项研究的共同作者。在整个星云中，IXPE发现的平均偏振与Weisskopf及其同事在1970年代所做的大致相同。但是通过更复杂的仪器，IXPE能够细化偏振的角度，并检查整个天体中偏振的差异。科学家们在星云的外围区域看到了很多偏振的区域，离脉冲星有几光年的距离，那里的偏振比较低。这使得科学家们不仅能够研究来自蟹状星云的X射线，而且能够研究来自脉冲星本身或其周围磁场球体的X射线。研究结果表明，这些X射线起源于外部磁场区域，被称为"风"区域，尽管确切的位置和方式仍然未知。在磁场内，由脉冲星的"风"产生的震荡正在推动接近光速的粒子。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353825.htm

X射线望远镜揭示"宇宙幽灵之手"MSH 15-52的"骨头"

X射线望远镜揭示"宇宙幽灵之手"MSH15-52的"骨头"通过结合钱德拉和IXPE的数据，天文学家们正在进一步了解脉冲星是如何向太空注入粒子并塑造其环境的。图中显示的是X射线数据和来自智利暗能量相机的红外数据。年轻的脉冲星会产生物质和反物质喷流，从脉冲星的两极向外移动，同时产生强烈的风，形成"脉冲星风星云"。这颗被称为MSH15-52的脉冲星形状酷似人类的手掌，让人们了解到这些天体是如何形成的。资料来源：X射线：NASA/CXC/斯坦福大学/R.Romanietal.(Chandra);NASA/MSFC(IXPE);Infrared：NASA/JPL-Caltech/DECaPS；图像处理：NASA/CXC/SAO/J.SchmidtIXPE对它进行了大约17天的观测，这是该任务中对单个天体观测时间最长的一次。具有强磁场的旋转中子星或脉冲星是极端物理学的实验室，提供了地球上无法复制的高能条件。年轻的脉冲星会产生物质和反物质喷流，这些喷流从脉冲星的两极喷出，并伴随着强烈的风，形成"脉冲星风星云"。发现"太空之手"2001年，NASA的钱德拉X射线天文台首次观测到脉冲星PSRB1509-58，发现它的脉冲星风星云（被称为MSH15-52）酷似一只人手。脉冲星位于星云"手掌"的底部。现在，钱德拉的MSH15-52数据与NASA最新的X射线望远镜--成像X射线极坐标探测器（IXPE）的数据相结合，揭开了这一非凡结构的磁场"骨骼"。IXPE盯着MSH15-52长达17天，这是它自2021年12月发射以来观察单个天体时间最长的一次。这是钱德拉X射线观测所看到的MSH15-52。它不包括IXPE的X射线和红外线观测数据，这些数据包含在文章顶部的合成图像中。资料来源：X射线：NASA/CXC/StanfordUniv./R.Romanietal.Romanietal.(Chandra);ImageProcessing：NASA/CXC/SAO/J.Schmidt解读合成图像在新的合成图像中，钱德拉数据显示为橙色（低能X射线）、绿色和蓝色（高能X射线），而弥漫的紫色则代表IXPE观测数据。脉冲星位于手掌底部的明亮区域，手指伸向周围形成脉冲星的超新星遗迹中的低能X射线云。该图像还包括暗能量相机平面巡天（DECaPS2）第二次发布的红外数据（红色和蓝色）。威廉-伦琴为妻子安娜-贝莎-路德维希（AnnaBerthaLudwig）的手拍摄的第一张医学X光片。资料来源：威廉-伦琴IXPE数据首次提供了"手"的磁场图。它揭示了由X射线源磁场决定的X射线电场方向的信息。这就是所谓的"X射线极化"。另一张X射线图像（下图）显示了MSH15-52的磁场图。在该图像中，短直线代表IXPE偏振测量，映射出当地磁场的方向。橙色"条"代表最精确的测量结果，青色和蓝色"条"代表不太精确的测量结果。复杂的磁场线沿着手的"手腕"、"手掌"和"手指"分布，可能有助于确定手指状的延伸结构。MSH15-52的磁场图。线条代表IXPE极化测量结果，映射出当地磁场的方向。条形图的长度表示极化的程度。资料来源：X射线：NASA/CXC/StanfordUniv./R.Romanietal.Romanietal.(Chandra);NASA/MSFC(IXPE);Infared：NASA/JPL-Caltech/DECaPS；图像处理：NASA/CXC/SAO/J.Schmidt用条形长度表示的极化量非常高，达到了理论工作所预期的最高水平。要达到这种强度，磁场必须非常平直和均匀，这意味着脉冲星风星云的这些区域几乎没有湍流。MSH15-52的一个特别有趣的特征是从脉冲星向图像底部的"手腕"喷射出明亮的X射线。新的IXPE数据显示，喷流开始时的极化很低，这可能是因为这是一个湍流区域，磁场复杂而纠结，与高能粒子的产生有关。到了喷流的末端，磁场线似乎变直了，变得更加均匀，从而导致极化变得更大。斯坦福大学的罗杰-罗曼尼（RogerRomani）及其合作者撰写的描述这些结果的论文发表在2023年10月23日的《天体物理学杂志》（TheAstrophysicalJournal）上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393471.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393471.htm

新发现揭示了幽灵般的"宇宙之手"星云中的"骨骼"

新发现揭示了幽灵般的"宇宙之手"星云中的"骨骼"X射线NASA/CXC/斯坦福大学/R.Romanietal.(Chandra);NASA/MSFC(IXPE);Infared：NASA/JPL-Caltech/DECaPS；图像处理：NASA/CXC/SAO/J.Schmidt"IXPE的数据为我们提供了'手'中磁场的第一张地图，"研究负责人、斯坦福大学的罗杰-罗曼尼（RogerRomani）说。"产生X射线的带电粒子沿着磁场移动，决定了星云的基本形状，就像人手上的骨头一样。"2001年，NASA的钱德拉X射线天文台首次观测到脉冲星PSRB1509-58，发现它的脉冲星风星云（MSH15-52）很像人的手。脉冲星位于星云"手掌"的底部，距离地球约16000光年。现在，在对MSH15-52进行了大约17天的观测之后，IXPE揭示了这个令人魂牵梦萦的星团的更多细节。这是该望远镜自2021年发射以来对任何单一天体进行的最长时间的训练。幽灵般的四指手，带电粒子形成星云的"骨骼"结构X射线：美国国家航空航天局/CXC/斯坦福大学/R.Romanietal(Chandra);NASA/MSFC(IXPE);Infared：NASA/JPL-Caltech/DECaPS；图像处理：NASA/CXC/SAO/J.Schmidt)结合望远镜数据，天文学家们发现，通过能量粒子和反物质的流动，这颗超新星残骸在恒星耗尽能量并自我坍缩约1500年后仍在继续生存。同样来自斯坦福大学的合著者约瑟芬-王（JosephineWong）说："我们都很熟悉作为人类医疗诊断工具的X射线。"在这里，我们以不同的方式使用X射线，但它们再次揭示了我们无法看到的信息"。IXPE详细描述了X射线的电场方向，这是由光源的磁场（X射线极化）决定的。MSH15-52某些区域的极化程度高得惊人，这表明星云的这些部分几乎没有湍流。然而，通过增强合成图像，科学家们发现，在手掌底部脉冲星附近较为复杂的湍流区域，高能粒子的能量得到了提升。然后，它们流向磁场的均匀区域--或沿着手腕、手指和拇指。新数据还揭示了一个从手掌沿手腕向下的明亮X射线射流。喷射开始的地方偏振较低，这可能是由于湍流和混乱的磁场造成的，随后喷射变直变亮，在手被"切断"的外部区域显示出更高的偏振。来自斯坦福大学的合著者尼科洛-迪-拉拉（NiccolòDiLalla）说："我们发现了脉冲星周围超能量物质和反物质粒子的生命史。这告诉我们脉冲星如何充当粒子加速器。"这项研究发表在《天体物理学报》上。希望了解更多，请看下面的视频：...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1393401.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1393401.htm

天文学家发现罕见的白矮星脉冲星J1912-4410

天文学家发现罕见的白矮星脉冲星J1912-4410白矮星脉冲星的艺术印象。在这个双星系统中，一颗快速旋转的白矮星（右）将电子加速到接近光速。这些高能粒子产生的辐射爆发撞击伴生的红矮星（左），导致整个系统从射电到X射线范围内的脉动。资料来源：M.Garlick/华威大学/ESO这颗新的白矮星脉冲星是由一颗白矮星和一颗红矮星组成的极度接近的双星系统，加在一起可以装进太阳内部，是已知的第二颗同类脉冲星。白矮星是密度极高的恒星残骸，其质量与太阳相当，但体积却只有地球那么小。它们是在低质量恒星燃尽所有燃料、失去外层、内部强烈收缩时形成的。它们也被称为"恒星化石"，可以让人们了解恒星演化的各个方面。另一方面，脉冲星早在20世纪60年代就已为人所知，目前已发现3000多颗。它们是快速旋转的强磁中子星，带电粒子被超强电场从表面撕裂，然后被加速到接近光速。因此，它们会发出从射电到X射线甚至伽马射线范围的辐射，即光。由于恒星的快速旋转，短脉冲辐射会到达地球，这就是它们被称为脉冲星的原因。令科学界大吃一惊的是，2016年人们首次在一颗白矮星上观测到了脉冲星现象。令人惊讶的是，在这颗名为ARScorpii的恒星上，既没有极快的旋转，也没有真正脉冲星的强电场。这颗白矮星是在一个非常接近的双星系统中发现的，它的近邻--一颗类似太阳的红矮星--通过向它的磁场注入粒子来为它提供能量。这就从外部点燃了脉冲星现象，并像频闪镜一样照射着红伴星，使整个系统每隔一段时间就会急剧变亮或变暗。这两颗恒星--白矮星和红矮星--靠得如此之近，以至于可以塞进我们的太阳。探索磁场和“发电机模型”决定性因素是强磁场的存在，然而天体物理学家并不知道其原因。解释强磁场的一个关键理论是"发电机模型"，它认为白矮星的内核中有发电机，就像地球一样，只是比地球强得多。但为了验证这一理论，研究人员必须寻找其他白矮星脉冲星，以确定他们的预测是否正确。在同时发表于《自然-天文学》（NatureAstronomy）和《天文学与天体物理学》（Astronomy&Astrophysics）的两篇新研究中，一个有美国国家天文学研究所（AIP）参与的国际研究小组描述了新发现的白矮脉冲星J1912-4410（eRASSUJ191213.9-441044）。它距离地球773光年，每5分钟自转一圈，比我们的地球快300倍。白矮星脉冲星的大小与地球相似，但质量至少与太阳相当。这意味着一茶匙白矮星的重量约为15吨。白矮星的生命开始于极高的温度，然后经过数十亿年的冷却。J1912-4410的低温表明它已经非常古老了。这项研究证实，正如早期模型所预测的那样，有更多的白矮星脉冲星。J1912-4410的发现还证实了动力模型的其他预测。由于白矮星的年龄很大，脉冲星系统中的白矮星应该很冷。它们的伴星应该足够近，以至于白矮星过去的引力足以从伴星中提取质量，导致它们快速旋转。对于新发现的脉冲星来说，所有这些假设都成立：白矮星的温度低于13000开尔文，旋转频率很高，约为5分钟，而且白矮星的引力对伴星有很强的影响。合作研究与未来影响一个研究小组利用盖亚和WISE的数据寻找候选天体，重点是那些与天蝎座AR性质相似的天体。在观测了几十个候选天体后，他们发现了一个光变非常相似的天体。用其他望远镜进行的后续观测发现，这个系统大约每五分钟就会向地球发送一次射电和X射线信号。另一个研究小组利用Spectrum-X-Gamma卫星上的eROSITAX射线望远镜的数据，发现了近距离的白矮星/红矮星对。这两个小组联合起来进一步研究他们的新发现。"我们很高兴能在SRG/eROSITA进行的X射线巡天中发现这个天体，"AIPX射线天文学组组长、发表在《天文学与天体物理学》（Astronomy&Astrophysics）上的这项研究的第一作者AxelSchwope博士指出。"利用欧空局的XMM-Newton卫星进行的跟踪观测显示了高能X射线区域的脉冲，这是将该天体确定为白矮星脉冲星所缺少的最后一个证据。这证实了这个新天体的不寻常性，并将白矮星脉冲星确定为一个新的类别，尽管目前只有两个成员"。华威大学物理系的IngridPelisoli博士是《自然-天文学》研究报告的第一作者，她补充说："磁场的起源是天文学许多领域的一大未决问题，对于白矮星来说尤其如此。白矮星的磁场可能比太阳的磁场强一百万倍以上，而动力模型有助于解释其中的原因。J1912-4410的发现为这一领域的研究迈出了关键的一步"。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1405191.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1405191.htm