科學(xué)家在宇宙發(fā)現(xiàn)巨大天然粒子加速器

2008/2/12 9:37:00

中新浙江網(wǎng)2月12日電 據(jù)國外媒體報道，歐洲航天局(ESA)近日首次清晰地觀測到來自“蛇夫座”星系團(tuán)的高能X射線，這表明該星系團(tuán)實際上是一個巨大的天然粒子加速器。這一新發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家們更好地理解星系團(tuán)自身的歷史演化進(jìn)程。

　　歐洲航天局軌道伽馬射線天文臺探測到了“蛇夫座”星系團(tuán)的X射線，由于這些X射線過于活躍，因此不太可能來自于星系團(tuán)中的惰性熱氣體。這些X射線還表明，氣體中蕩漾過巨大的沖擊波，這使得這個星系團(tuán)成為了一個巨大的粒子加速器。蛇夫星座星系團(tuán)中孕育X射線的熱氣體出奇的燙，溫度高達(dá)1億開氏度。

　　4年前，來自意大利/荷蘭的BeppoSAX衛(wèi)星的數(shù)據(jù)表明，在后發(fā)座星系團(tuán)中也可能存在高能X射線的某個特殊成分。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)Integral科學(xué)資料中心的多米尼克-艾克特說：“之前以已有兩個科研小組在對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，一組發(fā)現(xiàn)了這個成分，而另一組卻沒有。”于是，艾克特及其同事開展了一項調(diào)研活動，探索這個神秘的現(xiàn)象。他們發(fā)現(xiàn)，歐洲航天局的軌道伽馬射線天文臺明確探測到了蛇夫座星系團(tuán)中有異常高能X射線的存在，產(chǎn)生這種X射線的方式有兩種，且均包含高能電子。一種可能性是，電子被橫穿星系團(tuán)的磁場捕獲，從而繞磁場線進(jìn)行螺線運動，以X射線形式釋放出同步加速器輻射。另一種可能性是，電子可能與宇宙起源時殘留下的微波碰撞，發(fā)出X射線的電子。前者的電子能量是后者電子能量的10萬倍。

　　研究小組的下一任務(wù)就是確定到底哪一種猜測是正確的，為此他們計劃使用射電望遠(yuǎn)鏡和高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)對蛇夫星座星系團(tuán)的磁場進(jìn)行測定。如果通過高能立體望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)能看到有來自蛇夫星座的閃光，天文學(xué)家們就可以確定同步加速器的猜測是正確的。當(dāng)然，電子也極有可能是在被飛越星系團(tuán)的沖擊波加速后，才變得如此高能。當(dāng)兩個星系團(tuán)相互碰撞并合并時，就會產(chǎn)生沖擊波。這里的問題在于，目前蛇夫星座是如何吞噬掉了其伴星系。在同步加速器模式中，高能電子會迅速冷卻，而在微波散射模式中，電子冷卻需要花費很長一段時間，因為碰撞可能在過去任何時間中發(fā)生。

　　不過，有一個事實是確定無疑的：大自然已經(jīng)將星系團(tuán)轉(zhuǎn)變成了一個強大的粒子加速器，其功能要比目前歐洲粒子物理研究所的巨大核強子碰撞器強大20倍。研究組成員斯蒂芬-帕爾塔尼說：“當(dāng)然，與之相比，蛇夫座星系團(tuán)要大得多，巨大核強子碰撞器的直徑是27公里，而蛇夫座星系團(tuán)的直徑有200萬光年。”目前世界上功能最強大的人造核粒子加速器位于歐洲粒子物理研究所在瑞士粒子物理實驗室創(chuàng)建的“巨大核強子碰撞器”。正如恒星與行星起源于松散的塵埃和氣體云團(tuán)一樣，星系也是起源于大得多的凝結(jié)塊。當(dāng)星系在空間移動時，自身巨大的引力將持續(xù)拖動環(huán)繞周圍的塵埃及氣體云。當(dāng)它們發(fā)生碰撞或凝結(jié)成團(tuán)時，產(chǎn)生的巨大能量將壓縮和加熱云團(tuán)。

　　自著名科學(xué)家盧瑟福1919年用天然放射性元素的a射線轟擊氮原子首次實現(xiàn)了元素的人工轉(zhuǎn)變以后，物理學(xué)家就認(rèn)識到要想認(rèn)識原子核，必須用高速粒子來變革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有幾兆電子伏特，天然的宇宙射線中粒子的能量雖然很高，但是粒子流極為微弱，例如能量為1014電子伏特的粒子每小時在1平方米的面積上平均只降臨一個，而且無法支配宇宙射線中粒子的種類、數(shù)量和能量，難于開展研究工作。因此為了開展有預(yù)期目標(biāo)的實驗研究，幾十年來人們研制和建造了多種粒子加速器，性能不斷提高。在日常生活中，事實上電視機和X光設(shè)施等都是小型的粒子加速器。(劉妍)