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(shí)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(yùn)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(fèi)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)子碰撞器強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)驗室創(chuàng)建的“巨大核強(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)上電視機(jī)和X光設(shè)施等都是小型的粒子加速器。(劉妍)