银河系核心探测到创纪录的伽马射线 _银河系

银河系的中心，人马座方向和被称为人马座A*的看不见的黑洞。图片来源：美国国家航空航天局
据洛斯阿拉莫斯国家实验室（布莱恩·基南）：在墨西哥Sierra Negra火山海拔13000英尺的高空水切伦科夫（HAWC）天文台，研究人员正在研究银河系中的一个暴力谜团。洛斯阿拉莫斯国家实验室共同领导的一个国际研究小组观测到了超过100万亿电子伏的超高能伽马射线，首次将其起源追踪到银河系中心。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家、能源部该项目的首席研究员帕特·哈丁说：“这些结果是对银河系中心的一瞥，其能量比以往任何时候都高出一个数量级。” 。
“这项研究首次证实了PeVatron超高能伽马射线源位于银河系中被称为银河系中心脊的位置，这意味着银河系中心是宇宙中一些最极端物理过程的所在地。”
HAWC天文台已经收集数据七年多了。通过这样做，研究人员观察到了近100次能量超过100万亿电子伏的伽马射线事件。
正如Sohyoun Yu Cárcaron在《天体物理学杂志快报》上发表的一项分析所述，这些数据可以直接研究宇宙射线与PeVatron的相互作用，并将其与其他观测结果进行比较，从而帮助确定发射过程和位置——就在银河系的中心。
宇宙中最剧烈的过程
实际的PeVatron本身仍然是一个尚不清楚的现象，但它以任何形式存在的事实都指向了银河系中心的暴力政权。众所周知，银河系的这个区域包括一个被中子星和白矮星包围的超大质量黑洞，这些白矮星会从附近的恒星上剥离物质。
该地区被高达数百万度的稠密气体云所笼罩，往往阻碍了对该地区的直接光学观测。
因此，对伽马射线的观测对于阐明在极端环境中工作的宇宙过程至关重要。超高能伽马射线起源于PeVatron源的存在，该源将粒子加速到100万亿电子伏（PeV）的能量，比灯泡发出的光粒子强千万亿倍。
PeVatron产生的宇宙射线质子以超过99%的光速传播，与稠密的环境气体相互作用，产生超高能伽马射线。
然而，PeVatrons的确切性质仍然是个谜。所涉及的能量指向了宇宙中可以想象到的一些最剧烈的过程：一颗恒星在超新星中的死亡，伴随着富含聚变的恒星诞生的冲击和辐射，一个黑洞吞噬了另一个黑洞。
哈丁说：“许多这样的过程非常罕见，你不会想到它们会发生在我们的星系中，或者它们发生在与我们的星系大小无关的尺度上。” 。例如，一个黑洞吞噬另一个黑洞将是我们银河系外唯一预期的事件。"
切伦科夫光在粒子探测中的应用
HAWC是一个独特的实验，旨在捕获相对较少的可以穿越星际距离到达地球的超高能伽马射线。在Sierra Negra火山的斜坡上，300个粮仓里装满了水，每个粮仓的底部都装有光电倍增管探测器。
当超高能粒子到达地球大气层时，它们会分解成大量低能粒子的空气簇射。当带电粒子以超过水相速度的速度穿过水箱时，它们会产生切伦科夫光或切伦科夫辐射，一种蓝色的辉光——这种效果有点类似于听觉上的音爆。
然后，研究人员分析了在坦克上检测到的粒子的时间分布，以了解正在发挥作用的能量机制，推断粒子的起源是超高能伽马射线。
确定PeVatron的具体位置
HAWC天文台实验建立在开创性的米拉格罗实验的基础上，米拉格罗实验是一个伽马射线天文台，在洛斯阿拉莫斯郊外的杰梅兹山脉有一个500万加仑的水池和700个光探测器。Milagro在2008年收集了数据，然后研究人员向南移动到HAWC天文台，以便能够捕获更靠近银河系中心的粒子。
研究小组计划扩展其HAWC天文台的发现，并通过一项新的实验缩小PeVatron源的具体位置，即南部广域伽马射线天文台，该设施正在智利阿塔卡马沙漠建造。有了银河系中心更宽的窗口，科学可能会更深入地了解我们银河系中心的奥秘。