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大麦哲伦云中新的伽玛源

原文标题:New gamma ray sources in Large Magellanic Cloud

原文来自:Max-Planck-Institut Gesellschaft    Posted: 2015. 1. 26

编译:Melipal    审校:Linq

H.E.S.S.望远镜系统在银河系的一个伴星系中发现了3个极为明亮的伽玛射线源。

H.E.S.S.伽玛射线天文台再一次展示了它的探测能力:高能体视系统在大麦哲伦云中发现了最为明亮的高能伽玛射线源。这3个天体分属不同的类别,其中包括一个强劲的脉冲星风云,一个超新星遗迹,还有一个所谓的超级泡,也就是由多颗恒星和超新星吹出的一处直径270光年的壳层。这是天文学家第一次在能量最高的伽玛射线能段看到一个河外星系中多个不同的恒星级伽玛源。

甚高能伽玛射线是宇宙加速器(如作为大质量恒星演化最终产物的超新星遗迹与脉冲星风云)的最佳示踪器。在这些天体中,带电粒子被加速到极高的速度上。当这样的粒子与宇宙加速器内部或周边的光子或气体遭遇时,它们就会发出伽玛射线。入射的甚高能伽玛射线可以在高层大气中产生簇射粒子,发出切仑科夫光,因此可以在地面上通过配备高速照相机的大型望远镜来进行观测。

大麦哲伦云(LMC)是银河系的矮伴星系,位于大约17万光年以外,正面朝向我们。新生的大质量恒星正在以很高的速率在LMC中形成,而这个星系还拥有无数的大质量星团。LMC的超新星相对恒星质量的发生率是我们银河系的5倍。本星系群中最年轻的超新星遗迹——SN 1987A也是LMC的成员。因此,H.E.S.S.小组的科学家对其进行了专门的观测,以搜索来自这一天体的甚高能伽玛射线。

高能体视系统(H.E.S.S.)总计花费了210个小时观测了LMC中最大的产星区——蜘蛛星云。这是人们第一次在银河系之外解析出了单独的甚高能伽玛源,其中包括3个不同类型的极高能天体。

名为30 Dor C的超级泡是已知最大发出X射线辐射的壳层,看起来是由数次超新星爆发以及猛烈的星风塑造的。超级泡普遍被人当作是河内宇宙线工厂而得到广泛的讨论,可以认为它们是单个超新星遗迹的补充或替代。H.E.S.S.的结果说明,这个泡状结构是高能粒子的来源,其中也为这些粒子所充斥。超级泡是甚高能天空中一类新的辐射源。

脉冲星是强磁化的快速自转中子星,它发出的极端相对论性粒子组成了星云。此类星云最著名的例子是蟹状星云,也是高能伽玛射线天空中最明亮的辐射源之一。脉冲星PSR J0537??6910驱动了H.E.S.S.在LMC中所发现的星风云N157B,在很多方面这颗脉冲星可以看作是河内极为强有力的蟹云脉冲星的孪生兄弟。不过它的脉冲星风云N157B在甚高能伽玛射线能段的亮度比蟹状星云高出了一个数量级。这要归结为N157B中较弱的磁场以及来自邻近产星区强烈的星光,这二者都促进了高能伽玛射线的形成。

超新星遗迹N132D是射电和红外波段的明亮天体,看起来它是仍旧发出甚高能伽玛辐射的遗迹中最古老也是最明亮的一个。它的年龄介于2500年与6000年之间,根据模型的预言,此时超新星爆发的波前应该已经减速了,遗迹应该无法再将粒子有效加速。但是它的亮度仍旧比银河系中最亮的还要高。这一观测证实了H.E.S.S.其他研究带来的猜测,也就是超新星遗迹的亮度可以高于先前的猜想。

这几个新的辐射源是在探测灵敏度的极限上观测到的,而且彼此部分重叠,因此为H.E.S.S.的科学家带来了挑战。对望远镜捕获的切仑科夫图像新型解释方法的发展让这些发现成为了可能,这些方法尤其可以更精确地判断入射伽玛光子的方向。

Chia Chun Lu总结说:“H.E.S.S.在大麦哲伦云中探测到的脉冲星风云与超新星遗迹都比河内能量最高的同类天体还要强劲。显然LMC中较高的产星率让它孕育出了极为极端的天体。”这名学生在学位论文课题中分析了LMC的数据。她的导师、海德堡马普核物理所所长兼H.E.S.S.系统多年以来的发言人维纳·霍夫曼(Werner Hofmann)补充说:“然而让人惊讶的是,与理论预言相背的是,年轻的超新星遗迹SN 1987A并没有出现。不过我们会继续去寻找它。”

实际上,新的28米口径H.E.S.S.II望远镜将增强H.E.S.S.望远镜系统的性能,而在更远的将来,计划中的切仑科夫望远镜阵列(CTA)将提供LMC分辨率更高的更深度伽玛射线图像。在CTA的科学计划中,这个银河系的伴星系已经被视作是“关键科学计划”,需要特别的关注。

(全文完)

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