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美空间望远镜伽马射线波段观测引力透镜效应

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美空间望远镜伽马射线波段观测引力透镜效应的图片 第1张

哈勃空间望远镜拍摄的B0218+357引力透镜效应图像,可以看到两个分开的像,彼此相隔约1/3 弧秒。这张图像中也可以看到前景的漩涡星系,这个星系的引力弯曲了后方耀变体的光线,造成引力透镜效应

美空间望远镜伽马射线波段观测引力透镜效应的图片 第2张

在一些活动星系的核心,物质盘旋下落,形成粒子流,其速度接近光速

美空间望远镜伽马射线波段观测引力透镜效应的图片 第3张

示意图:费米空间望远镜观测引力透镜效应   据美国宇航局官方网站报道,近日一个国际天文学家小组使用美国宇航局的费米空间望远镜开展了首次针对引力透镜效应的伽马射线波段观察。引力透镜是一种当前景方向存在大质量引力体时造成的对后方背景星系光线的扭曲效应。

这项最新研究将开启新的研究领域,包括对超大质量黑洞附近的辐射环境进行探测的崭新手段。甚至有可能利用获得的费米望远镜观测数据发现新的引力透镜效应案例。

美国海军实验室的天体物理学家,这项研究的第一作者特迪.常(Teddy Cheung)表示:“在费米望远镜发射数年之后我们便开始考虑进行这项研究的可行性,最后在2012年年底终于万事俱备。”

2012年9月份,费米大天区望远镜(LAT)设备观察到从一个伽马射线源发出一系列明亮的伽马射线闪光。这个辐射源编号B0218+357,距离约43.5亿光年,位于三角座。这些强烈的辐射源位于一个已知的引力透镜系统内,这样就为开展观测提供了有利的条件。

天文学家将B0218+357确定为一个耀变体,这是一类活动星系,以其剧烈的辐射以及难以预测的行为而著称。在耀变体的核心是一个超大质量黑洞,质量可以达到数千亿倍太阳质量。随着物质向黑洞盘旋下落,其中的一部分会被以粒子喷流的形式“反弹”回去,这种粒子喷流的速度可以达到接近光速。之所以在地球上会观察到耀变体具有极端变化的亮度,是因为当其喷流会偶尔恰好正对地球,此时便会出现极明亮的闪光。

在B0218+357发出的光抵达地球之前,它首先经过了一个正面面对地球的漩涡星系,这个星系和银河系很相像,但距离地球约40亿光年。由于这个星系的引力作用,弯曲了来自耀变体的光线,因此天文学家们会观察到其背后的耀变体形成了两个分离的像。这两个像之间间隔仅有约1/3弧秒(小于0.0001弧度),这是迄今发现引力透镜系统中最小的张角值。

一般的射电望远镜和光学望远镜都可以对单个的耀变体像进行监视,但费米望远镜LAT设备不行。相反,研究组使用了一种被称作“延迟回放效果”的技术。

研究组成员,美国宇航局埃姆斯研究中心的天体物理学家杰夫.斯卡格(Jeff Scargle)表示:“其中一条光线行进的路线要比另一条更长一些,因此当我们在一幅图像中探测到耀变体爆发,我们在数天之后可能会在另一个图像中再次观察到这一爆发事件。”

2012年9月份,当那次耀变体爆发让其成为当时在银河系之外最明亮的伽马射线源之时,特迪.常意识到这是一个绝好的机会。他申请到大约一周的LAT设备使用时间,从9月24日一直到10月1日,用于搜寻延迟的“爆发回放”。在近日召开的美国天文学会会议上,特迪.常介绍说,他们的研究组一共探测到三个阶段的“爆发回放”,延迟时间为11.46天。

有趣的是,他们监测到的伽马射线回放延迟时间比射电望远镜报告的时间晚了大约一天。并且尽管在伽马射线波段,此次爆发事件及其后续的“回放”在亮度上是接近的,但在射电波段两者之间的亮度相差了大约4倍。

天文学家们并不认为伽马射线辐射来自于耀变体中与射电波段辐射相同的一个区域,因此这两个波段的辐射可能经历了不同的传播路径,也因此便造成了不同的延迟时间和通过引力透镜系统时的亮度放大率。

研究组成员,瑞典斯德哥尔摩大学的天体物理学家史蒂芬.拉森(Stefan Larsson)表示:“在一天之内,这种爆发能让这一耀变体在伽马射线波段增亮10倍,但在可见光和射电波段,这种增亮仅有大约10%左右。这一点显示发出伽马射线辐射的区域相对较小,而在较低波段的发射区域则相对发散。”

因此,相对于低波段光线,引力透镜星系对于更集中的伽马射线波段光线的偏折和放大效应要更好一些。对引力透镜现象的透彻研究对于未来进一步利用这一效应将具有重要意义。

科学家们表示,对其它引力透镜系统中射线与伽马射线波段不同效应的研究将有助于搞清大质量黑洞喷流的性质机制并对一些重要的宇宙学参数设定关键的限定,如哈勃常数,其描述了宇宙膨胀的速率。

美国宇航局的费米伽马射线空间望远镜是在天体物理学和粒子物理学领域的关键性设备。该设备由美国宇航局戈达德空间飞行中心负责运作管理,其开发工作由美国宇航局,美国能源部,以及法国,德国,意大利,日本,瑞典等国的相关研究机构共同完成。www.etUFO.org

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