x射线揭示450岁的第谷超新星如何成为一个巨大的宇宙粒子加速器
太空中巨大的紫色爆炸。利用美国宇航局成像X射线偏振探测器(IXPE)的数据，国际研究人员发现了关于第谷超新星遗迹的新信息，这是仙后座中的一颗爆炸恒星，其发出的光于1572年首次在地球上看到。(Image credit: X-ray (IXPE: NASA/ASI/MSFC/INAF/R. Ferrazzoli, et al.), (Chandra: NASA/CXC/RIKEN & GSFC/T. Sato et al.) Optical: DSS Image processing: NASA/CXC/SAO/K. Arcand, L.Frattare & N.Wolk)
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（By Sharmila Kuthunur）：导致具有历史意义的第谷超新星的白矮星在一次剧烈的爆炸中死亡，但它的遗产就像一个蓬松的粉红色棉花球。
2月28日发布的最新图像(在新标签中打开)显示了第谷超新星遗迹(第谷的超新星或第谷),它是一个粉红色的霓虹云，周围有一条细细的红线。在新的研究中，天文学家以前所未有的细节绘制了冲击波附近磁场的几何形状，他们说带电粒子在作为宇宙射线流出并最终降落在地球上之前，在这里被加速到光速。
这一过程的第一个直接证据可以追溯到2011年，当时钱德拉X射线天文台在第谷的外缘捕捉到了X射线条纹的图案。当时，天文学家说，条纹是磁场纠缠的地方，因此捕获了电子，然后电子在磁场中螺旋上升到更高的能量，并发射出X射线。
因此，虽然天文学家早就知道超新星遗迹会迅速将带电粒子加速到极高的能量，但他们如何加速的细节却知之甚少。
现在，研究人员在第谷研究了一些非常受激的电子，它们在那里被加速到光速，第谷的爆炸释放的能量相当于太阳在100亿年内释放的能量。研究人员表示，最新的发现使他们更接近了解像第谷这样的超新星遗迹是如何成为巨型宇宙粒子加速器的。
哈佛-史密森天体物理中心的高级天体物理学家、最新研究的合著者帕特里克·斯莱恩(Patrick Slane)在一份声明中说，这个过程“涉及有序和混沌之间的微妙舞蹈”。
Slane的团队使用了美国宇航局成像X射线偏振探测器(IXPE)空间天文台的数据。根据这项研究，IXPE上的三台相同的X射线望远镜在2022年研究了第谷两次:从6月底到7月初，以及从12月21日到25日。
根据收集到的数据，研究小组能够研究第谷边缘附近高能电子快速穿过磁场时产生的X射线。研究人员解释说，红色边缘——第谷将粒子加速到光速的地方——非常薄，因为辐射X射线的电子很快就会失去能量。因此，当它们从这个边缘移动任何明显的距离时，“它们已经失去了太多的能量，以至于它们不再产生X射线，”Slane在一封电子邮件中告诉Space.com。
他补充说，在IXPE数据进来之前，Slane和他的团队不确定他们会发现什么。为了最终绘制出磁场的几何形状，该团队正在寻找显示X射线辐射极化程度的信号。
然而，这种信号对磁场的混乱程度很敏感:当这些磁场中的湍流程度较高时，辐射的方向性和强度都较低，这意味着IXPE无法强烈地检测到偏振信号。该小组的模拟之前已经表明，他们希望检测的信号可能太小，这意味着磁场非常混乱。
“这很重要，”Slane在一封电子邮件中告诉Space.com，“但说‘我什么也没看见，这真的很重要！’有点令人失望！”"
当IXPE数据确实进来时，该团队发现磁场肯定是混乱的——它们有很高的湍流，“但没有高到我们无法检测到极化，”他补充道。
因此，他们测量了X射线的偏振，发现在残骸的中心有9%的偏振，在边缘有更高的12%。研究人员说，这是一个比团队先前的目标仙后座A更高的极化测量，这表明第谷的磁场更加有序。
“这些观察是有史以来第一次真正探索这些宇宙粒子加速器中最高能电子发射的极化，”Slane在一封电子邮件中告诉Space.com。
一旦他们知道了极化的角度或程度，Slane的团队就能够绘制出磁场的几何形状，他们看到磁场向外延伸，或者说是径向的。
研究人员已经从过去的无线电观测中了解到这一点，所以这一发现并不完全出人意料。他们说，IXPE空间天文台帮助他们绘制了比以前更详细的视场图，尺度小于1秒差距——3.26光年或19万亿英里(31万亿公里)。
他们了解到，为了让第谷将带电粒子加速到接近光速，“需要强大而湍流的磁场，”Slane在同一份声明中说，“但IXPE向我们展示了大规模的均匀性，或相干性，也包括在内，一直延伸到加速发生的地方。”
使用这些数据，研究小组发现径向结构一直保持完整，直到加速点，这是他们以前不知道的。他们说，这一见解将揭示第谷如何将带电粒子加速到比地球上最强大的粒子加速器至少高一百倍的能量。
这项研究发表在最新一期的《天体物理学杂志》上。
