新的研究揭示,银河系的中心是一个强大的粒子加速器,但也有一些未知的机制阻止宇宙射线穿透被称为中心分子带的巨大云团。
这一发现可以帮助我们更好地理解宇宙射线的起源。宇宙射线是一种粒子,如质子和原子核,它们以近乎光速的速度不断穿梭于太空。
银河系中心是一个神秘的区域。我们非常想了解那里的情况,但是灰尘太厚了,以至于我们无法用一系列的波长来研究它,从软X射线到可见光都无法穿透。
天文学家认为银河系中心是宇宙射线的一个重要来源。这些质子和原子核被剥离电子后,在强大的磁场作用下加速到接近光速的相对论性速度。银河系中心有许多物体可以充当宇宙射线加速器:超新星残骸、脉冲星风星云和银河系中心人马座A*的超大质量黑洞。
根据观测数据和建模,宇宙射线在整个银河系的分布应该是平滑的,或多或少是稳定的。宇宙射线从加速器中产生,并在星系磁场中传播,在那里它们可能被减速和重新加速,从而产生天文学家所说的宇宙射线海。
为了研究宇宙射线是如何加速和传输的,需要一个新的宇宙射线源。
幸运的是,宇宙射线的能量非常大。这意味着我们可以在星系中心探测到它们,因为能量范围产生的光在有限的波长范围内穿透那里的尘埃。
宇宙射线可以与星际介质——恒星之间空间中悬浮的气体和尘埃——相互作用,而这种相互作用反过来产生高能伽马射线光子,其能量约为其宇宙射线母体的10%。
在中国科学院天文学家Xiaoyuan Huang的带领下,一组研究人员利用费米大面积望远镜的数据,观察了银河系中心分子云中的伽马辐射,希望找到这些新的宇宙射线来源。
正如预期的那样,他们发现了伽马射线,表明银河系中心是一个高能粒子加速器——或者至少该区域的某些东西是。但他们也发现了一些令人惊讶的事情。
根据该小组的计算,中心分子云中的宇宙射线密度低于宇宙射线海的密度。这表明存在某种屏障,阻止宇宙射线穿透中心分子云。
这个障碍究竟是由什么组成的,是下一步研究的主题,但有几个有趣的可能性。
分子云结构比较复杂。稠密部分的坍缩会导致磁场的压缩,这可能是一个原因。另一种可能是磁流体动力学湍流。
在太阳系中,宇宙射线受到太阳风的调节。在银河系的中心,星系风可能扮演着类似的角色。该研究小组计算了在星系风存在下的宇宙射线密度,并对伽马射线数据进行了分析,得出了类似的结果。
未来更详细地探索可能有助于排除一些可能导致这种现象的因素。
此外,研究人员说,对银河系中心进行更详细的三维建模,可能有助于更清楚地了解银河系中宇宙射线的起源和传输。确实,还有更多的东西等着我们去发现。
这项研究发表在《自然通讯》杂志上。
(独家编译:科幻世界)
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