科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一些驚人的東西，在距地球約5000光年的銀河系中一些質(zhì)量最大、最明亮的恒星群中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一顆快速旋轉(zhuǎn)的中子星經(jīng)過一顆質(zhì)量最大的恒星時(shí)，它正在加速，而這顆中子星每50年才繞軌道運(yùn)行一次。

特拉華大學(xué)天體物理學(xué)家杰米·霍爾德(Jamie Holder)和博士生泰勒·威廉姆森(Tyler Williamson)表示：這一發(fā)現(xiàn)極為罕見，他們是記錄這一發(fā)現(xiàn)的國際團(tuán)隊(duì)的成員?；魻柕掳堰@對引力相連的偏心恒星稱為“伽馬射線雙星系統(tǒng)”，并把這一百年一遇的事件比作哈雷彗星的到來或去年美國的日食。是銀河系中最明亮的恒星之一，中子星是密度極高的高能恒星，當(dāng)大質(zhì)量恒星爆炸時(shí)產(chǎn)生。

博科園-科學(xué)科普：這個雙星系統(tǒng)是一個巨大的恒星繞其旋轉(zhuǎn)的中子星，在我們銀河系的1000億顆恒星中，只有不到10顆是。即使只有很少的兩個系統(tǒng)，包括這個系統(tǒng)，已知有一顆被識別的中子星，或脈沖星，它能發(fā)射科學(xué)家可以測量的無線電波脈沖。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樗浅?zhǔn)確地告訴天文學(xué)家，有多少能量可以用來加速粒子，而科學(xué)家對此知之甚少。UD的物理和天文系教授Holder說：你不能要求一個更好的自然實(shí)驗(yàn)室來研究粒子加速在一個不斷變化的環(huán)境中——能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們在地球上能產(chǎn)生的任何東西。

該項(xiàng)目由霍爾德和威廉姆森等科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)，他們在亞利桑那州弗雷德勞倫斯惠普爾天文臺(Fred Lawrence Whipple Observatory)使用VERITAS望遠(yuǎn)鏡陣列，與西班牙加那利群島(Canary Islands)拉帕爾馬(La Palma)羅克德洛斯馬科斯天文臺(Roque de los Muchachos Observatory)使用魔法望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行合作(VERITAS是高能輻射成像望遠(yuǎn)鏡陣列系統(tǒng)的縮寫，MAGIC是主要大氣伽馬成像切倫科夫望遠(yuǎn)鏡的縮寫)，其研究發(fā)表在《天體物理學(xué)》上。對許多人來說，自然問題是，為什么科學(xué)家關(guān)心加速粒子？

因?yàn)殂y河系充滿他們，我們稱為宇宙射線，它們攜帶的能量與所有恒星發(fā)出的光一樣多。天文學(xué)家在100多年前發(fā)現(xiàn)了加速粒子的存在，然而這些粒子的速度是如何或在哪里，仍然是個謎。脈沖星是宇宙中最極端的天體之一，它們周圍的磁場比科學(xué)家們希望在地球上建立的任何東西都強(qiáng)幾百萬倍。當(dāng)脈沖星遇到靠近大質(zhì)量恒星的塵?；驓怏w時(shí)，附近的粒子會加速到接近光速的速度，并與周圍的物體相撞，結(jié)果是一束高能光稱為伽馬輻射或伽馬射線。像VERITAS和MAGIC這樣的精密的望遠(yuǎn)鏡，可以探測到這些伽馬射線，因?yàn)樗鼈兊竭_(dá)地球大氣層時(shí)會發(fā)出藍(lán)光。當(dāng)我們的眼睛看不到這些閃光的時(shí)太快了，只有幾納秒長，但這些望遠(yuǎn)鏡可以。

2008年天文學(xué)家第一次在這對不同尋常的恒星中發(fā)現(xiàn)了來自脈沖星的伽馬射線。這顆脈沖星大約有特拉華州紐瓦克那么大，就像廚房攪拌機(jī)上的附件一樣在旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)都會釋放出一些伽馬射線和無線電波的脈沖。通過測量這些無線電脈沖頻率，天文學(xué)家能夠判斷脈沖星的移動速度，準(zhǔn)確地計(jì)算出離這顆巨大的恒星最靠近的恒星是什么時(shí)候，它是在軌道上運(yùn)行的。2017年這趟旅行花了50年。2016年9月VERITAS和MAGIC teams開始監(jiān)測夜空并跟蹤脈沖星的軌道。一開始，他們甚至不確定他們是否能看到任何東西。但在2017年9月，天文學(xué)家們開始發(fā)現(xiàn)，撞擊地球大氣層頂部的伽馬射線數(shù)量迅速增加。

當(dāng)他們監(jiān)測來自VERITAS望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)時(shí)，Holder和Williamson意識到脈沖星每天都在做著不同的事情。每天早上醒來，檢查并看看是否有新的數(shù)據(jù)，然后盡可能快地分析它，因?yàn)槲覀兛吹降馁が斏渚€的數(shù)量在一兩天內(nèi)迅速變化。威廉森在2017年11月這顆恒星和脈沖星之間的最近一次近距離接觸中注意到，VERITAS望遠(yuǎn)鏡在夜間記錄到的伽馬射線數(shù)量是幾天前探測到的10倍。在把數(shù)據(jù)發(fā)送給我們的合作者之前，反復(fù)檢查了所有的東西，然后我們的一個合作伙伴，加州大學(xué)洛杉磯分校的Ralph Bird證實(shí)了他得到了同樣的結(jié)果，這是令人興奮的。更有趣的是，這些觀測數(shù)據(jù)與預(yù)測模型的預(yù)測結(jié)果不符。

一般來說，現(xiàn)有的模型預(yù)測，當(dāng)脈沖星接近它所環(huán)繞的大質(zhì)量恒星時(shí)，產(chǎn)生的伽馬射線的數(shù)量會慢慢加速，經(jīng)歷一些波動，然后隨著時(shí)間的推移慢慢衰減。但記錄顯示伽馬射線的數(shù)量急劇上升，這告訴我們需要修正粒子加速發(fā)生的模型。更重要的是，雖然天體物理學(xué)家希望美國國家航空航天局(NASA)的費(fèi)米伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡能夠記錄這些伽馬射線，但它沒有。原因尚不清楚，但這是使VERITAS的結(jié)果如此有趣的部分原因。天體物理學(xué)家想要了解的只是哪些粒子正在加速，以及是什么過程把它們推到這些極端的速度，以便更多地了解宇宙。

雖然伽馬射線雙星系統(tǒng)可能不會加速銀河系中的大部分粒子，但它們可以讓科學(xué)家研究產(chǎn)生這些粒子的加速機(jī)制。直到2067年，當(dāng)兩顆恒星再次靠近時(shí)，天文學(xué)家才能再次看到這個雙星系統(tǒng)的運(yùn)行。那時(shí)威廉姆森開玩笑說，他可能只是一個有時(shí)間的退休教授。威廉姆森并不擔(dān)心沒有事情可做。今年早些時(shí)候，他在總部位于亞利桑那州的天文臺工作了三個月，進(jìn)行測量、硬件維護(hù)，并設(shè)計(jì)了一個遙控裝置，讓研究人員可以從控制室的電腦上打開望遠(yuǎn)鏡的攝像頭。

這是一個很好的機(jī)會，可以親自動手操作望遠(yuǎn)鏡，了解儀器。展望未來，他將利用剩余的博士研究時(shí)間，更詳細(xì)地梳理和分析VERITAS望遠(yuǎn)鏡在2016年和2017年收集的近175小時(shí)的數(shù)據(jù)。毫無疑問，泰勒是我見過的最幸運(yùn)的研究生，因?yàn)檫@個50年才發(fā)生一次的事件（十年來我們用望遠(yuǎn)鏡看到的最激動人心的事情之一）正好發(fā)生在他博士工作的中途。

博科園-科學(xué)科普｜參考期刊文獻(xiàn):《天體物理學(xué)》

研究/來自：特拉華大學(xué)

DOI: 10.3847/2041-8213/aad053

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