来自一个矮星系的伽马射线解决一个天文谜题

By Roland Crocker

2022/10/3

一个叫茧的辉光圆斑自它在2012年被发现以来已经困惑了天文学家。

(Image credit: NASA's Goddard Space Flight Center)

本文最初发表在《对话The Conversation》杂志上。该出版物将这篇文章文章贡献给了太空网站的专家之声：编辑意见和洞察。

一个被称为“茧”的出现为从我们星系中心发放的巨大的伽马射线之一的内部被标榜为费米泡泡的圆斑，自2012年它被发现以来已经困扰了天文学家。

在发表在《自然天文学》杂志上的新研究中，我们表明这个茧是被位于环绕银河系的射手座矮星系中快速自旋的叫毫秒脉冲星的极端恒星发射造成。虽然我们的结果澄清这个茧的秘密，但它们也在它可能发射的任何伽马射线辉光中寻找暗物质的尝试上投下一个帷幕。

对地球上的生命感谢的，我们的大气层封锁伽马射线。这些是有比我们用我们的眼睛探测的光粒子更高一百万倍以上能量的光子。

因为我们的地面视野被阻挡，直到仪器被升进太空之前科学家们没有过伽马射线天空的丰富性的想法。但是，从由维拉卫星（上世纪60年代进入轨道来监测禁止核试验）做出的偶然发现开始，越来越多的这个丰富性已经被揭示。

今天正在运行的最先进的伽马射线仪器是费米伽马射线太空望远镜，这是美国宇航局在轨道上运行了十多年的一个大型使命。费米的来分辨细节和探测微弱光源的能力已经发现了关于我们的银河系和更广阔宇宙的一些惊奇。

神秘的泡泡

其中一个惊奇浮现在2010年，在费米发射后不久：银河系中心的某些东西正在吹一对看起来像巨大的、发射伽马射线的泡泡一样。这些完全的出乎意料的费米泡泡完全的覆盖了10%的天空。

泡泡的来源的主要嫌疑是星系的超大质量黑洞的居住。这个巨物比太阳质量更大400万倍，潜伏在星系核中，从其泡泡产生的区域。

大多数星系在它们的中心宿主这样巨大的黑洞。在一些中，这些黑洞正在主动的吞噬下物质。这样吃着，它们同时的吐出巨大的、向外流出的在电磁频谱中可见的“喷射”。

因此，在研究人员发现这些泡泡后问的一个问题是：我们能发现将它们联系到我们星系的超大质量黑洞的确凿的证据吗？很快初步的证据确实浮现了：在每个泡泡内部，都有一个细细的伽马射线向回指向星系中心的暗示。

然而，随着时间和数据的进一步增加，这幅图变得模糊起来。虽然其中一个泡泡的喷射样特征被证实，但另一个泡泡的明显喷射似乎在审查下蒸发了。

这些泡泡看起来奇怪的不平衡的：一个包含了一个延长的亮圆斑------“茧”------在另一个泡泡中没有对应物。

茧和它来自哪里

我们的最近在《自然天文学》中的工作是这个“茧”的本质的深的检查。令人惊讶的，我们发现了这个结构与费米泡泡或者真的星系的超大质量黑洞没有任何要做的。

相反，我们发现了这个茧实际上是某些完全另外的东西：来自射手座矮星系的伽马射线，从地球的位置看它恰好在南方泡泡的后面。

显示银河系、发射伽马射线的费米泡泡（粉色）、射手座矮星系及其尾部（黄色/绿色）的示意图。从太阳的位置，我们通过南费米泡泡观望射手座矮星。 (Image credit: Aya Tsuboi, Kavli IPMU, Author provided)

射手座矮星因为它的天空位置在射手座中被如此称呼，是一个环绕银河系的“卫星”星系。它是一个远更大的银河系的强引力场已经字面上撕裂开了的星系的残骸。真的，从射手座矮星中拉出来的恒星能被在包住整个天空的尾巴中发现。

什么正在制造伽马射线？

在银河系中，主要的伽马射线来源是当叫宇宙射线的高能粒子与恒星之间非常脆弱的气体碰撞时。

然而，这一过程并不能解释从射手座矮星发射出的伽马射线。很久以前它对拉掉如此多它的恒星的同一引力骚扰丧失了它的气体。

如此伽马射线从何而来呢？

我们考虑了几种可能性，包括它们是暗物质签名的令人兴奋的前景，这种看不见的物质仅被它的引力效应知道，天文学家相信它构成了宇宙的大部分。不幸的是，茧的形状与可见恒星的分布密切的匹配，这排除暗物质为起源。

这样或那样这些恒星都对伽马射线负责的。然而，射手座矮星的恒星是古老的和静的。在这样的种群中有什么类型的来源产生伽马射线？

毫秒脉冲星

我们满意的是只有一种可能性：快速自旋的叫“毫秒脉冲星”的天体，这些是特定恒星的残骸，质量比太阳大得多，也正在密切环绕另一颗恒星。

在恰当的情况下，这样的双星系统产生一颗中子星------一个和太阳一样重，但仅20公里的天体------每秒旋转数百圈。

因为它们的快速旋转和强磁场，这些中子星起天然粒子加速器的作用：它们以极高能量把粒子发射进太空。

然后，这些粒子发射伽马射线。我们发现了在射手座矮星中的毫秒脉冲星是这个神秘茧的最终来源。

狩猎暗物质

我们的发现揭示光------双关打算的------关于毫秒脉冲星为在其它老恒星系统中伽马射线的来源。

与此同时，它们还在经由银河系的其它卫星星系观测发现暗物质证据的努力上投下一层帷幕；不幸的是，在这些系统中比之前意识到的来自毫秒脉冲星的伽马射线有一个更强的“背景”。

因此，它们产生的任何信号可能都不能被明确的解释为由于暗物质。

狩猎暗物质信号继续。

本文在知识共享许可下从对话重新发布。请阅读原始文章。

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