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逆康普顿散射打造“史上最强的光”

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发表于 2019-12-3 10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
逆康普顿散射打造“史上最强的光”  游戏 20181019121101783-952728829
  科技日报记者 张 晔
  宇宙深处,一颗恒星行将死亡,它爆发出的惊人能量以光速进步,超出 50 亿光年旅程,忽然造访地球……
  今年 1 月,人类观察到有史以来最强的伽马射线暴,其开释的光子能量在 0.2—1 万亿电子伏特之间,其总辐射能量甚至超出了太阳在过去 100 亿年中开释的能量总和,可谓“史上最强的光”。
  克日,《自然》杂志颁发了 3 篇论文,具体论述了这些高能光子怎样构成。为此,科技日报记者采访了南京大学天文与空间科学学院长江学者戴子高教授。
  强大的射线初步还是谜
  伽马射线是一种电磁辐射,重要根源于原子核的衰变,一个伽马光子的能量是普通可见光中光子能量的 100 万倍。伽马射线暴,简称伽马暴,是宇宙中伽马射线强度在短时候内忽然增强,随后又灵敏削弱的现象。
  伽马暴的持续时候不长,凡是只要几毫秒到几千秒,分为持续时候小于 2 秒的短暴与大于 2 秒的长暴。
  伽马暴的能力如此之强,所以一旦发生,被它近间隔照耀的地域将被“完全清空”,任何生命都逃不外它的进犯。
  那末,能力惊人的伽马暴究竟是怎样发生的呢?使人遗憾的是,伽马暴还是宇宙最大谜团之一。固然,它早在 1967 年就被发现,但几十年来,人们对其本质仍不清楚。
  一样平常以为,长暴是在超大质量恒星耗尽核燃料时发生的。当恒星的焦点坍缩为黑洞或中子星后,像喷泉一样的物资喷流以靠近光速的速度向外冲出,这个进程就会发生伽马暴,同时大要发生超新星爆发。而短暴,研讨职员以为,是由两其中子星碰撞发生的。当两其中子星碰撞时,也会发生黑洞或中子星,像长暴一样,也有喷流以靠近光速的速度向外冲出,进而构成伽马暴,同时发生引力波事变,如 GW170817。
  精准观察揭秘高能辐射成因
  从发现伽马暴的那天起,人类就迫切地想弄明白它的初步和辐射机制。不外,它发生得太忽然,以致于科学家还没来得及将观察装备瞄准它时,就已经竣事了。
  但此次与过去纷歧样,得益于举世合作,有多个观察装备记录到这一惊人的伽马暴。科学家将这个来自宇宙深处的爆炸命名为 GRB 190114C,当它发生的伽马暴到达地球时,被两颗卫星探测到。不到 22 秒,爆炸的坐标信息就已发送到全全国天文学家手中。
  戴子高说,伽马暴的高能辐射机制不停是该范围的疑问题目。科学界以为,这样的辐射大要有三种成因,一是发生于高能电子的同步辐射,二是逆康普顿散射,三是强子进程(即高能质子与光子或高能质子与质子的相互感化)。
  畴前探测到的伽马暴的光子能量相对照力低,是电子同步辐射驱动的结果,这类情况比力常见。可是此次探测到的伽马射线光子能量极为惊人,明显不是来自同步辐射。
  科学家将它与 2018 年 7 月的 GRB 180720B 伽马暴举行对照研讨,有了进一步发现,以为这类辐射机制来自逆康普顿散射。
  “高能电子与低能光子发生碰撞,结果是高能电子把其能量转移给低能光子,获得了高能光子,这个进程为逆康普顿散射。”戴子高进一步表白说,这一次观察到的高能光子流量,明显高于同步辐射从低能段向高能段的延长,所以它只能发生于相对论冲击波的逆康普顿散射。
  伽马暴之所以广受关注,是由于它构成于宇宙早期阶段,科学家们可以利用它来研讨早期宇宙的性质。
  有科学家以为,此次伽马暴所发出的辐射能量是人类观察史上最强的,这也成为了天文学史上的一个里程碑。
  “此次观察证实了伽马射线暴在 MeV(兆电子伏特)能段的辐射机制为同步辐射,而在高能段的机制为逆康普顿散射。”戴子高说道。
  此外,我国的“慧眼”硬X射线调制千里镜(HXMT)已于 2017 年发射运转,而空间变源监视器(SVOM)、爱因斯坦探针(EP)、X射线时变和偏振探测器(eXTP)以及引力波暴高能电磁对应体全天监测器(GECAM)等项目正处在差别的研讨阶段,它们的乐成实行将使我国在伽马暴探测上到达国际先辈水平。未来,这些装备将为伽马暴研讨进献出中国学者的气力。

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