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巨型射电星系为宇宙大爆炸遗留物增压

费米大面积望远镜解析了来自活跃星系半人马座A周围延伸区域的高能伽马射线。该辐射对应于星系超大黑洞抛出的百万光年宽的无线电发射气体。这张插图显示了该星系的光学/伽马射线复合物及其在费米一年天空图上的位置。

美国国家航空航天局费米伽马射线望远镜的新观测发现,半人马座A射电星系是天空中最明亮的无线电波源之一,也会辐射出极高能量的伽马射线。

华盛顿特区海军研究实验室的费米团队成员Teddy Cheung说:“这是我们以前从未在伽马射线中看到过的。”

科学家们认为,这些伽马射线是宇宙中能量最高的光形式,大约140亿年前,大爆炸的残余辐射被认为是我们宇宙的开始。但研究人员表示,这种辐射已经被从星系两侧延伸出来的巨大波瓣中围绕磁场旋转的能量粒子放大到更高的能级。光子能量的增加被认为是宇宙中一个相当常见的过程,但这是第一次在这种特殊情况下观察到。

活动射电星系

半人马座A,也称为NGC 5128,是距离地球最近的所谓射电星系,位于半人马座,距离地球约1200万光年。(一光年是光在一年中传播的距离,约为6万亿英里或9万亿公里。)

半人马座A也是一个活跃的星系,这意味着它的中心区域在光谱的许多波长上都表现出强烈的发射。活跃星系由一个质量是太阳数百万倍的活跃黑洞提供动力。

日本广岛大学的Fukazawa Yasushi和研究伽马射线发射的团队成员解释说,在射电星系中,“黑洞以某种方式将落向它的一些物质转移成两股方向相反的喷流,从中心喷出。”

这些喷流含有以接近光速运动的磁化粒子。在数千万年的过程中,喷流扩展成两个横跨星系中心源的大裂片,并延伸到大约100万光年的太空中。当高速电子螺旋状穿过波瓣的纠缠磁场时,波瓣发出的无线电波就会出现。

在数据收集的前10个月里,当费米将目光投向半人马座a时,它发现了一个相当令人惊讶的发现:除了已知从波瓣发出的无线电波外,费米还探测到了从星系辐射的伽马射线。

张说:“我们不仅看到了扩展的无线电波瓣,而且它们的伽马射线输出是无线电输出的10倍多。”

如何获取伽马射线

伽马射线是通过一个过程产生的,该过程涉及无线电波瓣的旋转磁场和渗透到宇宙中的其他低能量辐射:来自宇宙微波背景的光子(大爆炸的辐射),以及来自恒星和星系的红外光和可见光,可以与穿过半人马座a波瓣的高能粒子碰撞。

日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的团队成员Lukasz Stawarz说:“当其中一个光子与无线电波瓣中的超快速粒子碰撞时,光子会受到这样的能量提升,成为伽马射线。”

将光子加速到伽马射线的过程被称为逆康普顿散射,是制造宇宙伽马射线的常见方法。

众所周知,这一过程会在数十个活跃星系中产生X射线,但半人马座A是天文学家首次有确凿证据表明微波可以被提升到伽马射线能量的情况。Cheunghad在费米发射之前(2008年6月)就已经提出理论,这个过程会以这种方式为半人马座A等星系产生伽马射线。

该团队还在寻找另一个活跃的射电星系Fornax A的伽马射线发射。

这一发现在4月2日的《科学》杂志上有详细介绍。


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