科學家發現一顆城市大小的塌陷恆星釋放出巨大的物質和反物質光束

一顆城市大小的塌陷恆星產生了一束物質和反物質光束,綿延數萬億英里。來自美國宇航局(NASA)錢德拉X射線天文台的數據揭示了這一光束或絲狀物的全部範圍。這一發現可以幫助解釋在整個銀河系和地球上檢測到的正電子的存在。正電子是與電子相對應的反物質。

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這張來自NASA錢德拉X射線天文台和地面光學望遠鏡的圖片顯示了一束極長的物質和反物質的光束,從一個相對較小的脈衝星延伸出來。憑藉其巨大的規模,這束光可能有助於解釋科學家們在整個銀河系檢測到的數量驚人的正電子。

在頁面頂部的圖片中,左邊的突出範圍顯示了來自被稱為PSR J2030+4415(簡稱J2030)的脈衝星的光束的大約三分之一的長度,它距離地球大約1600光年。J2030是一個密集的、城市大小的天體,由一顆大質量恆星坍縮形成,目前每秒旋轉約3次。來自錢德拉的X射線(藍色)顯示,從脈衝星沿磁場線流出的粒子正以大約三分之一的光速移動。右圖中的脈衝星特寫顯示了圍繞脈衝星本身飛行的粒子所產生的X射線。當脈衝星以每小時約100萬英里的速度在太空中移動時,其中一些粒子逃逸出來,形成長長的絲狀物。在這兩幅圖中,使用了來自夏威夷莫納克亞山上的雙子座望遠鏡的光學光數據,顯示為紅色、棕色和黑色。絲狀物的全長顯示在另一張圖片中(下圖)。

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宇宙的絕大部分由普通物質而非反物質組成。然而,科學家們繼續在地球上的探測器中發現相對大量的正電子的證據,這導致了一個問題:這種反物質的可能來源是什麼?研究人員認為,像J2030這樣的脈衝星可能是一個答案。兩個極端的結合–快速旋轉和脈衝星的高磁場–導致粒子加速和高能量輻射,從而產生電子和正電子對。

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脈衝星產生的帶電粒子風,通常被限制在其強大的磁場內。脈衝星以大約每小時50萬英里的速度穿越星際空間,風在它後面拖着。氣體的弓形衝擊在脈衝星前面移動,類似於移動的船隻前面的水的堆積。然而,大約20到30年前,弓形衝擊的運動似乎已經停滯,脈衝星趕上了它。

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隨之而來的碰撞很可能引發了粒子泄漏,脈衝星風的磁場與星際磁場相連接。因此,高能電子和正電子可能已經通過連接形成的“噴嘴”噴出,進入銀河系。

此前,天文學家在伽馬射線光中觀察到附近脈衝星周圍的大光暈,這意味着高能正電子一般很難泄露到銀河系中。這就削弱了脈衝星解釋科學家探測到的正電子過剩的想法。然而,最近發現的脈衝星絲狀物,如J2030,表明粒子實際上可以逃到星際空間,並最終可能到達地球。

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