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关于宋代爆发的蟹状星云,中国的科学装置有了新发现

来源: 编辑:网络 时间:2021-07-09
导读: 》(记者 张璐)记者今天从中国科学院高能物理研究所(高能所)获悉,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO拉索)”又有了新成果——精确测量了“标准烛光”在超高能波段的亮度。这个“标准烛光”就是由宋朝的司天监记录的“客星”经千年演化而

》(记者 张璐)记者今天从中国科学院高能物理研究所(高能所)获悉,国家重大科技基础设施“高海拔宇宙线观测站(LHAASO拉索)”又有了新成果——精确测量了“标准烛光”在超高能波段的亮度。这个“标准烛光”就是由宋朝的司天监记录的“客星”经千年演化而形成的著名天体——蟹状星云。相关成果于美国东部时间7月8日在《科学》(Science)上发表。


高海拔宇宙线观测站(LHAASO拉索)航拍图。中国科学院高能物理研究所供图


蟹状星云的“第一次”


蟹状星云距离地球约6500光年,诞生于967年前的一次超级明亮的超新星爆发。高能所研究员、LHAASO首席科学家曹臻说,公元1054年7月4日,宋朝的司天监发现并记录了“客星”,它的亮度超过天上最亮的金星,在白天仍然可以看到,并持续了23天。


20世纪后半期,人们逐步了解到,恒星的衰亡会产生超新星爆发,爆炸后会形成一片亮亮的遗迹。形状看起来像“大闸蟹”的蟹状星云,是现代天文学中第一个被证认的具有清晰历史观测记录的超新星遗迹。后来科学家发现,蟹状星云就是中国宋朝记录的客星爆炸后产生的。


“回溯一个天文事件的发生时间,总会有很大误差。但蟹状星云是第一个被证认的具有清晰历史观测记录的超新星遗迹,这也是中国古人记录天文的伟大之处。”他说,蟹状星云不断给天文学观测带来惊喜,很多天文学观测的第一次和它有关。


“标准烛光”的由来


蟹状星云中心有一片蓝色区域,可以看到喷射状物质,中心处是一颗每秒钟快速旋转30圈的脉冲星。“这颗脉冲星不大,直径大概有25公里,但它很强大,能产生出强烈的星风。”


曹臻说,高速旋转的超强磁场将脉冲星表面磁层中的大量正负电子持续不断地吹向四周,形成一股速度近乎光速的强劲星风。星风中的电子与外部介质碰撞后,会被加速至更高能量,并产生大家看到的星云。


标准烛光核心是为不同实验提供统一的度量光度的标准。在测量天体源的光度时,不同探测装置的结果可能存在差别。如果各种装置都对同一个标准源进行测量对比,就可以检验不同装置间的差别。在测量其他天体源的光度时,不同探测装置都把测量的光度以自己测量的标准源的光度为单位,就可以消除装置之间的差异。


蟹状星云是为数极少的在射电、红外、光学、紫外、X射线和伽马射线波段都有辐射的天体,历史上对其光谱已经进行了大量的观测研究,蟹状星云是非常明亮且稳定的高能辐射源。因此在多个波段,它被作为标准烛光,即是测量其他天体辐射强度的标尺。


“举例来说,我们说某一个天体的亮度,可以说是10%或者5%的蟹状星云”。


千年之后的“新讯息”


“客星”爆炸近千年之后,稻城海子山上的科学家们再次将关注的目光对准它。这次蟹状星云又传递了哪些新讯息?


据曹臻介绍,此次LHAASO测量了蟹状星云辐射的最高能量端能谱,第一次实现了超高能区(0.3-1.1拍电子伏)的精确测量,为“标准烛光”在超高能波段设定了亮度标准。


超高能的1拍电子伏(拍=千万亿)是什么概念?科学家科普称,它相当于医学诊断用的X射线能量(大约1万电子伏特)的1000亿倍。


这也意味着,将来要为其他天体做“超高能波段”的观测时,仍然需要先对标“标准烛光”——蟹状星云。


这次观测还记录到能量达1.1拍电子伏的伽马光子。科学家由此确定,在仅为太阳系十分之一大小的蟹状星云核心区内,存在着2.3拍电子伏电子加速器。这是什么概念?曹臻举例说,这比人类在地球上建造的最大的电子加速器LEP(欧洲核子研究中心的LHC前身)产生的电子束的能量高两万倍左右,直逼经典电动力学和理想磁流体力学理论所允许的加速极限。


LHAASO本月将亮相


LHAASO是以宇宙线观测研究为核心的国家重大科技基础设施,位于四川省稻城县海拔4410米的海子山。LHAASO占地面积约1.3平方公里,是由5195个电磁粒子探测器和1188个缪子探测器组成的一平方公里地面簇射粒子阵列、78000平方米水切伦科夫探测器阵列以及18台广角切伦科夫望远镜交错排布组成的复合阵列。


这次成果体现了LHAASO独特的多种探测手段相互交叉检验的能力,确保测量结果的准确性和可靠性。


LHAASO将于本月建成并投入科学运行,预期每年可以记录到1-2个来自蟹状星云的拍电子伏光子。未来几年内,更多关于拍电子伏粒子加速的奥秘将被揭开。


新京报记者 张璐

编辑 樊一婧 校对 赵琳

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责任编辑:网络

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