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費米太空望遠鏡發現了一顆伽馬射線缺失的奇怪超新星SN 2023ixf

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費米太空望遠鏡發現了一顆伽馬射線缺失的奇怪超新星SN 2023ixf


Pinwheel星系，超新星SN 2023ixf的位置（圈出）（圖片來源：天體物理中心|哈佛和史密森學會 。平松等人2023/Sebastian Gomez（STScI））
據美國太空網（Robert Lea）：在用美國國家航空航天局的費米伽馬射線太空望遠鏡檢查附近的一顆超新星時，科學家們發現了一個更大的謎團 ， 這是為了發現這些恒星爆炸是如何點燃被稱為宇宙射線的帶電粒子的 。
研究小組發現，這顆被命名為SN 2023ixf的超新星完全缺乏宇宙射線粒子加速到接近光速時應該存在的伽馬射線發射 。這一發現可能會挑戰我們對超新星的理解 。長期以來，科學家們一直認為它們是宇宙射線工廠，大量地釋放伽馬射線 。
SN 2023ixf是一顆“新”超新星（至少我們在地球上看到的），于2023年5月18日被發現 。它位于梅西耶101星系（M101），也被稱為“風車星系” ， 距離地球約2100萬光年 。SN 2023ixf是由一顆質量估計約為太陽12倍的超巨星的死亡和坍縮引起的，是自2008年望遠鏡開始尋找這些事件以來 ， 費米發現的距離地球相對較近的最亮的超新星 。
然而 ， 這一強有力的事件缺乏一個關鍵因素 。這太奇怪了 。
團隊成員、的里雅斯特大學研究員Guillem Martí-Devesa在一份聲明中表示：“天體物理學家此前估計，超新星將其總能量的約10%轉化為宇宙射線加速度 。” ?！暗覀儚奈粗苯佑^察到這一過程 。根據SN 2023ixf的新觀測結果，我們的計算結果表明 ， 爆炸后幾天內能量轉化率低至1% 。
“這并不排除超新星是宇宙射線工廠，但這確實意味著我們對它們的生產還有更多的了解 ?！?br>神秘的宇宙射線工廠
每天都有數萬億的宇宙射線撞擊地球大氣層，其中約90%的帶電粒子是氫原子核；其余的是自由電子或較重元素的原子核 。
然而 ， 宇宙射線的來源一直難以調查 。這是因為 ， 當這些帶電粒子行進數百萬光年到達地球時 ， 它們會遇到大量的磁場 ， 從而使它們轉向 。這種無休止的反彈意味著宇宙射線的軌跡幾乎不可能重建 。高能光子或伽馬射線不會經歷這種偏轉，因此可以用作宇宙射線產生的示蹤劑 。
位于馬里蘭州格林貝爾特的美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的費米項目科學家伊麗莎白·海斯在聲明中說：“然而，伽馬射線會直接射向我們 ?！??！坝钪嫔渚€在與環境中的物質相互作用時會產生伽馬射線 。費米望遠鏡是軌道上最靈敏的伽馬射線望遠鏡，因此當它沒有探測到預期的信號時，科學家必須解釋其缺失 。
“解開這一謎團將更準確地了解宇宙射線的起源 。”

費米太空望遠鏡發現了一顆伽馬射線缺失的奇怪超新星SN 2023ixf


一顆大質量恒星在超級mnova爆炸中死亡的插圖，這一事件被認為是宇宙射線工廠（圖片來源：Melissa Weiss/CfA）
當質量大約是太陽八倍的恒星耗盡其核心核聚變所需的燃料時，就會發生超新星 。這也結束了一直提供輻射壓力來支撐恒星抵抗自身引力的能量外流 。
隨著這場持續了數百萬年的宇宙拉鋸戰的結束，引力顯然是勝利者，恒星的核心坍塌了 。外層然后在超新星爆炸中向外爆炸 。
這種被沖壓掉的物質會產生沖擊波，從垂死的恒星中沖出，沖擊周圍的氣體和塵埃，加速粒子，并產生宇宙射線 。這些沖擊波可以持續長達50000年，在這段時間內影響星際物質 。特別是當宇宙射線與星際氣體和塵埃相互作用時，它們會產生伽馬射線光子 。
2013年，費米發現這種現象發生在我們銀河系的超新星遺跡周圍 。這一發現表明，這些超新星遺跡沒有產生足夠的高能粒子，無法與科學家在地球上的測量結果相匹配 。其中一個原因可能是 ， 超新星只會在發射粒子的恒星坍塌后的頭幾天加速粒子產生最高能的宇宙射線 。
在其他望遠鏡首次在可見光中探測到這顆超新星后 ， 費米對SN 2023ixf進行了數月的觀察 ， 這張照片變得更加復雜 。盡管在超新星爆炸后不久就進行了費米觀測，但美國國家航空航天局的太空望遠鏡仍然沒有看到來自SN 2023ixf的伽馬射線 。
對于為什么這顆超新星可能產生宇宙射線而不是伽馬射線，該團隊有一些可能的解釋，至少費米無法探測到伽馬射線 。一種理論認為，超新星碎片的分布和排列不均勻，伽馬射線不會流向地球，所以費米找不到它們 。另一種可能性是，這顆超新星周圍的碎片可能正在吸收產生的任何伽馬射線 。
天文學家現在將繼續研究其他波長的SN 2023ixf，并創建計算機模型來了解是什么導致了它奇怪的外觀 ， 
“不幸的是，沒有看到伽馬射線并不意味著沒有宇宙射線，”團隊成員、蒙彼利埃宇宙和粒子實驗室的天體物理學家Matthieu Renaud在聲明中說 。“我們必須研究所有關于加速機制和環境條件的基本假設，才能將伽馬射線的缺乏轉化為宇宙射線產生的上限 ?！?br>該團隊的研究已被《天文學與天體物理學》雜志接受發表 。