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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈一沖星釋出巨大物質(zhì)帶,包含大量正物質(zhì)和反物質(zhì)

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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈一沖星釋出巨大物質(zhì)帶,包含大量正物質(zhì)和反物質(zhì)

從地球上看,它在天空中的跨度相當(dāng)于半個(gè)月球那么寬,是至今為止在地球上觀測(cè)到的最長(zhǎng)的一條由單個(gè)脈沖星發(fā)出的物質(zhì)帶。

編譯|人民日?qǐng)?bào)歐洲網(wǎng)

脈沖星(Pulsa)是恒星死亡后的殘骸,高速旋轉(zhuǎn)、并具有很強(qiáng)的磁場(chǎng)。最近,天文學(xué)家觀測(cè)到一顆脈沖星發(fā)出一條長(zhǎng)達(dá)40萬(wàn)億英里(40 1012)的物質(zhì)帶,更奇特的是,里面不僅有正物質(zhì),還有不少反物質(zhì)(即正電子)。

并不是所有的脈沖星都在發(fā)出如此大量正電子,因此這顆脈沖星很奇特。它所發(fā)出的物質(zhì)帶的規(guī)模相當(dāng)大,科學(xué)家認(rèn)為也許可以作為銀河系中為什么有大量正電子存在的一種可能解釋。正電子是普通電子的反物質(zhì),電子帶負(fù)電荷,正電子帶正電荷。

天文學(xué)家最早在2020年發(fā)現(xiàn)這顆脈沖星發(fā)出的物質(zhì)帶,但是當(dāng)時(shí)并不知道它究竟有多長(zhǎng),因?yàn)樗拈L(zhǎng)度超出了錢(qián)德拉X射線觀測(cè)臺(tái)(Chandra X-ray Observatory)當(dāng)時(shí)觀測(cè)的范圍。結(jié)合2021年2月和11月新一批的觀測(cè)數(shù)據(jù),科學(xué)家終于確定了它的全長(zhǎng)。

從地球上看,它在天空中的跨度相當(dāng)于半個(gè)月球那么寬,是至今為止在地球上觀測(cè)到的最長(zhǎng)的一條由單個(gè)脈沖星發(fā)出的物質(zhì)帶。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人斯坦福大學(xué)的馬丁·德弗里斯(Martijn de Vries)說(shuō):“一顆直徑只有10英里的脈沖星所發(fā)出的物質(zhì)竟然形成這么大的一個(gè)結(jié)構(gòu),這相當(dāng)令人震驚。兩者的大小比例是什么概念呢?如果把這條物質(zhì)帶比作紐約到洛杉磯的距離,那么這顆脈沖星只有人眼能看到的最小物質(zhì)的百分之一這么大?!?/p>

這顆脈沖星代號(hào)PSR J2030+4415,距離地球大約1,600光年,大約每秒鐘自轉(zhuǎn)三圈,比屋頂常見(jiàn)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)得更快一些。

研究人員認(rèn)為,這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)更重要的意義在于,為銀河系中反物質(zhì)的來(lái)源提供了新的線索。反物質(zhì)與普通物質(zhì)多數(shù)屬性都是一樣的,只不過(guò)帶相反的電荷。比如普通的電子帶負(fù)電荷,電子的反物質(zhì)就帶有正電荷。

科學(xué)家觀測(cè)到這個(gè)宇宙中普通物質(zhì)占絕大多數(shù),反物質(zhì)只有很少量??墒瞧婀值氖?,從地球上探測(cè)到的情況來(lái)看,正電子的數(shù)量比其它反物質(zhì)多得多??茖W(xué)家覺(jué)得這很奇怪,是什么事件會(huì)特別產(chǎn)生這種反物質(zhì)?

科學(xué)家認(rèn)為這份研究找到了一個(gè)可能的原因。脈沖星結(jié)合自轉(zhuǎn)快和磁場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn),導(dǎo)致粒子被加速、產(chǎn)生帶有正、負(fù)電子對(duì)的高能射線。愛(ài)因斯坦提出的能量公式E = mc2,人們所熟悉的理解是,這描述了物質(zhì)質(zhì)量會(huì)轉(zhuǎn)化為多少能量。其實(shí)反過(guò)來(lái)看也是成立的規(guī)律:能量也可以轉(zhuǎn)化成物質(zhì)。

這顆脈沖星在特殊的條件下,就在向宇宙中發(fā)出大量正電子。這份研究提出的解釋是,脈沖星產(chǎn)生的大量帶電粒子風(fēng)通常受限于脈沖星自身強(qiáng)大的磁場(chǎng)。這顆脈沖星在太空中以百萬(wàn)英里的時(shí)速運(yùn)動(dòng)著,這個(gè)過(guò)程使得它發(fā)出的帶電粒子風(fēng)像尾流一樣尾隨其后。而在脈沖星的前方有一道弓形氣體沖擊波,類(lèi)似船在水中開(kāi)動(dòng)的時(shí)候前方的弓形水波。

可是大約在二三十年前,這道弓形氣體沖擊波突然停止了運(yùn)動(dòng),脈沖星趕上了它。研究者認(rèn)為,這導(dǎo)致脈沖星自身的磁場(chǎng)和“幾乎是從左至右呈直線的方向”的星際磁場(chǎng)相遇,從而發(fā)生相互作用。

“很可能就是此時(shí)激發(fā)了粒子泄漏?!焙献餮芯空咧涣_杰·羅曼尼(Roger Romani)說(shuō),“脈沖星的磁場(chǎng)與星際磁場(chǎng)連接了起來(lái),形成一個(gè)噴嘴一樣的通道,高能電子和正電子就從這個(gè)通道被噴射而出?!?/p>

研究稱(chēng),這些粒子沿著星際磁場(chǎng)的磁力線方向、以接近三分之一光速的速度運(yùn)動(dòng),發(fā)出了X射線。這個(gè)過(guò)程形成了錢(qián)德拉X射線觀測(cè)臺(tái)所觀測(cè)到的巨大的物質(zhì)帶結(jié)構(gòu)。

以前,天文學(xué)家觀測(cè)到脈沖星周?chē)嬖谫ゑR射線,這意味著正電子并沒(méi)有泄漏到太空之中。然而這次發(fā)現(xiàn)的這顆脈沖星PSR J2030+4415情況不一樣,說(shuō)明脈沖星產(chǎn)生的反物質(zhì)粒子也會(huì)泄漏到太空中,并最終抵達(dá)地球。

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系原著作權(quán)人。

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科學(xué)家發(fā)現(xiàn)脈一沖星釋出巨大物質(zhì)帶,包含大量正物質(zhì)和反物質(zhì)

從地球上看,它在天空中的跨度相當(dāng)于半個(gè)月球那么寬,是至今為止在地球上觀測(cè)到的最長(zhǎng)的一條由單個(gè)脈沖星發(fā)出的物質(zhì)帶。

編譯|人民日?qǐng)?bào)歐洲網(wǎng)

脈沖星(Pulsa)是恒星死亡后的殘骸,高速旋轉(zhuǎn)、并具有很強(qiáng)的磁場(chǎng)。最近,天文學(xué)家觀測(cè)到一顆脈沖星發(fā)出一條長(zhǎng)達(dá)40萬(wàn)億英里(40 1012)的物質(zhì)帶,更奇特的是,里面不僅有正物質(zhì),還有不少反物質(zhì)(即正電子)。

并不是所有的脈沖星都在發(fā)出如此大量正電子,因此這顆脈沖星很奇特。它所發(fā)出的物質(zhì)帶的規(guī)模相當(dāng)大,科學(xué)家認(rèn)為也許可以作為銀河系中為什么有大量正電子存在的一種可能解釋。正電子是普通電子的反物質(zhì),電子帶負(fù)電荷,正電子帶正電荷。

天文學(xué)家最早在2020年發(fā)現(xiàn)這顆脈沖星發(fā)出的物質(zhì)帶,但是當(dāng)時(shí)并不知道它究竟有多長(zhǎng),因?yàn)樗拈L(zhǎng)度超出了錢(qián)德拉X射線觀測(cè)臺(tái)(Chandra X-ray Observatory)當(dāng)時(shí)觀測(cè)的范圍。結(jié)合2021年2月和11月新一批的觀測(cè)數(shù)據(jù),科學(xué)家終于確定了它的全長(zhǎng)。

從地球上看,它在天空中的跨度相當(dāng)于半個(gè)月球那么寬,是至今為止在地球上觀測(cè)到的最長(zhǎng)的一條由單個(gè)脈沖星發(fā)出的物質(zhì)帶。

這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人斯坦福大學(xué)的馬丁·德弗里斯(Martijn de Vries)說(shuō):“一顆直徑只有10英里的脈沖星所發(fā)出的物質(zhì)竟然形成這么大的一個(gè)結(jié)構(gòu),這相當(dāng)令人震驚。兩者的大小比例是什么概念呢?如果把這條物質(zhì)帶比作紐約到洛杉磯的距離,那么這顆脈沖星只有人眼能看到的最小物質(zhì)的百分之一這么大?!?/p>

這顆脈沖星代號(hào)PSR J2030+4415,距離地球大約1,600光年,大約每秒鐘自轉(zhuǎn)三圈,比屋頂常見(jiàn)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)得更快一些。

研究人員認(rèn)為,這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)更重要的意義在于,為銀河系中反物質(zhì)的來(lái)源提供了新的線索。反物質(zhì)與普通物質(zhì)多數(shù)屬性都是一樣的,只不過(guò)帶相反的電荷。比如普通的電子帶負(fù)電荷,電子的反物質(zhì)就帶有正電荷。

科學(xué)家觀測(cè)到這個(gè)宇宙中普通物質(zhì)占絕大多數(shù),反物質(zhì)只有很少量??墒瞧婀值氖?,從地球上探測(cè)到的情況來(lái)看,正電子的數(shù)量比其它反物質(zhì)多得多??茖W(xué)家覺(jué)得這很奇怪,是什么事件會(huì)特別產(chǎn)生這種反物質(zhì)?

科學(xué)家認(rèn)為這份研究找到了一個(gè)可能的原因。脈沖星結(jié)合自轉(zhuǎn)快和磁場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn),導(dǎo)致粒子被加速、產(chǎn)生帶有正、負(fù)電子對(duì)的高能射線。愛(ài)因斯坦提出的能量公式E = mc2,人們所熟悉的理解是,這描述了物質(zhì)質(zhì)量會(huì)轉(zhuǎn)化為多少能量。其實(shí)反過(guò)來(lái)看也是成立的規(guī)律:能量也可以轉(zhuǎn)化成物質(zhì)。

這顆脈沖星在特殊的條件下,就在向宇宙中發(fā)出大量正電子。這份研究提出的解釋是,脈沖星產(chǎn)生的大量帶電粒子風(fēng)通常受限于脈沖星自身強(qiáng)大的磁場(chǎng)。這顆脈沖星在太空中以百萬(wàn)英里的時(shí)速運(yùn)動(dòng)著,這個(gè)過(guò)程使得它發(fā)出的帶電粒子風(fēng)像尾流一樣尾隨其后。而在脈沖星的前方有一道弓形氣體沖擊波,類(lèi)似船在水中開(kāi)動(dòng)的時(shí)候前方的弓形水波。

可是大約在二三十年前,這道弓形氣體沖擊波突然停止了運(yùn)動(dòng),脈沖星趕上了它。研究者認(rèn)為,這導(dǎo)致脈沖星自身的磁場(chǎng)和“幾乎是從左至右呈直線的方向”的星際磁場(chǎng)相遇,從而發(fā)生相互作用。

“很可能就是此時(shí)激發(fā)了粒子泄漏?!焙献餮芯空咧涣_杰·羅曼尼(Roger Romani)說(shuō),“脈沖星的磁場(chǎng)與星際磁場(chǎng)連接了起來(lái),形成一個(gè)噴嘴一樣的通道,高能電子和正電子就從這個(gè)通道被噴射而出?!?/p>

研究稱(chēng),這些粒子沿著星際磁場(chǎng)的磁力線方向、以接近三分之一光速的速度運(yùn)動(dòng),發(fā)出了X射線。這個(gè)過(guò)程形成了錢(qián)德拉X射線觀測(cè)臺(tái)所觀測(cè)到的巨大的物質(zhì)帶結(jié)構(gòu)。

以前,天文學(xué)家觀測(cè)到脈沖星周?chē)嬖谫ゑR射線,這意味著正電子并沒(méi)有泄漏到太空之中。然而這次發(fā)現(xiàn)的這顆脈沖星PSR J2030+4415情況不一樣,說(shuō)明脈沖星產(chǎn)生的反物質(zhì)粒子也會(huì)泄漏到太空中,并最終抵達(dá)地球。

本文為轉(zhuǎn)載內(nèi)容,授權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系原著作權(quán)人。