2020年8月25日星期二

宇宙的“骨架”:全天X射线星图揭示暗物质奥秘暗物质宇宙

这张X射线地图不仅仅是一张漂亮的桌面背景这张X射线地图不仅仅是一张漂亮的桌面背景

  新浪科技讯 北京时间8月24日消息,据国外媒体报道,俄罗斯和德国合作的"光谱-伦琴-伽玛"(Spectrum-Roentgen-Gamma,简称SRG)太空望远镜任务搭载的eRosita仪器近日完成了对100多万个高能X射线源的分类,该数量超过了这项研究之前的记录。

  从公布的图片可以看到,我们的天空被X射线照亮,其电磁光谱范围内的能量远高于可见光。红色代表低能量区域(0.3~0.6 keV),绿色代表能量中档(0.6~1 keV),蓝色则代表高能量(1~2.3 keV)。沿着椭圆图像的中线,我们看到了银河系,它作为唯一的高能量源出现;这是由于银河系中大量的尘埃和颗粒散布在夜空中,可以被我们看到。明亮的黄色和绿色斑块表示高能事件,如超新星和超大质量黑洞爆发。整幅图像中出现的白点便是接近一百万的X射线源。

  你可能十分熟悉哈勃太空望远镜拍摄的那些令人惊叹的可见光图像,但在其余的光谱中,包含着关于银河系和宇宙的宝贵信息。射电天文学诞生于1932年,当时卡尔·央斯基(Karl Jansky)正在研究是什么干扰了跨大西洋的无线电信号。他在贝尔实验室架设天线,接收来自各个方向的无线电波信号,并最终确定

在电磁波谱中不同波长下的蟹状星云超新星,每一个图像都显示出不同的特征在电磁波谱中不同波长下的蟹状星云超新星,每一个图像都显示出不同的特征

最强的背景噪声来源于银河系中心。

  射电天文学通过电磁波频谱以无线电频率研究天体,其技术与光学相似,但由于射电望远镜观测的波长较长,所以更为巨大。无线电波能够穿透地球的大气层,使我们能够从地球表面观测它们,比如利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列。然而,X射线不能穿透地球的大气层,因此必须从太空或非常高的高度进行观测。直到20世纪60年代,才出现第一个对太阳系外X射线源进行观测的太空计划。

  像eROSITA这样的仪器可以观察到我们周围宇宙中最剧烈的事件。X射线是一种短波长的高能电磁辐射,当气体被加热到数百万度时就会释放出来。当气体被压缩或加速时,也会发射出X射线。当恒星死亡时,巨大的超新星爆发在冲击波中压缩气体,X射线从耀斑中释放出来。在X射线光谱中,我们还可以发现死亡恒星的残余,或者中子星(中子星密度非常大,一小块中子星物质就比地球上所有的人都重)或者黑洞。黑洞实际上并不发射X射线,它们实际上是黑色的,因为所有的电磁辐射都被吸进去了;但是,当黑洞旋转并产生磁场时,聚集在奇点中的物质的确会在X射线光谱中发出信号。有一类发出明亮X射线辐射的双星系统被称为"X射线双星",其中有一颗为致密星,通常为中子星或黑洞。该双星系统由具有较大引力的"加速器"和"供体"组成,后者提供的气体在向中子星或黑洞加速时被过热。

一个X射线双星系统,一个黑洞将物质吸入的过程中发射出X射线波一个X射线双星系统,一个黑洞将物质吸入的过程中发射出X射线波

  太阳也会释放X射线,尽管较为微弱。科学家用X射线来研究太阳物理学中一个有趣的难题。日冕是太阳的外层,比太阳的其他部分要热得多,其温度为100万至300万 K,而太阳的平均温度约为5570 K。太阳耀斑的X射线辐射可以用于研究磁场及其对日冕加热的影响。

  最后,这张新的X射线源地图可能是理解暗物质的关键。2012年,Jee等首次在钱德拉X射线天文台观测到正在碰撞的星系,它们在X射线发射和质量分布上显示出明显的分离。有理论认为,这是由于暗物质造成的引力透镜所引起的,导致光线的弯曲和剪切。这是暗物质存在的有力证据。eROSITA的巡天观测将提供大量的X射线源数据,并可能为暗物质研究提供线索。

  什么是X射线天文学?

碰撞的星系显示出X射线(粉色)和引力(蓝色)的解离,这可能表明暗物质的存在碰撞的星系显示出X射线(粉色)和引力(蓝色)的解离,这可能表明暗物质的存在

  X射线天文学是以天体的X射线辐射为主要研究手段的天文学分支,通常以电子伏特(eV)表示光子的能量,观测对象为0.1keV到100keV的X射线。其中,0.1~10keV的X射线称为软射线,10~100keV的称为硬射线。由于X射线属于高能的电磁波谱,因此X射线天文学与伽马射线天文学同称为高能天体物理学。

  宇宙中辐射X射线的天体包括X射线双星、脉冲星、伽马射线暴、超新星遗迹、活动星系核、太阳活动区,以及星系团的高温气体等。由于X射线无法穿透地球的大气层,因此只能在高空或者大气层以外观测X射线源。空间天文卫星也因此成为X射线天文学的主要工具。

  20世纪40年代以来,X射线天文学已经从简单的X射线源观测转向X射线光谱学的精细研究。高分辨率的X射线光谱首先由爱因斯坦卫星上的光谱仪获得,如今,钱德拉X射线望远镜和XMM-牛顿卫星使得天文学家能够识别出特征谱线。而空间X射线卫星已经获得了不亚于地面大型光学望远镜的空间分辨能力,同时,数据处理水平也在快速提高,这些都令X射线天文学成为天文学中观测资料最丰富、研究最活跃的领域之一。(任天)

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