蟹狀星雲伽馬射線異常爆發(圖)

「蟹狀星雲」的合成照片。照片顯示了X射線（淺藍色）、可見光（綠色和深藍色）和紅外線（紅色）

天文學家將「蟹狀星雲」看成是宇宙中最穩定的高能輻射源之一。來自「蟹狀星雲」的輻射非常穩定以至於天文學家將其作為一種標準來測量宇宙其他能量源的輻射。但是科學家們近日發現，自9月19日起「蟹狀星雲」伽馬射線的輻射強度突然加強2到3倍，呈現猛烈爆發現象。

1054年，人類首次對這個6500光年外的超新星爆炸殘留進行了觀測記載。但是，兩架太空望遠鏡近日觀測到「蟹狀星雲」正在猛烈爆發伽馬射線，這一發現令科學家們震驚不已。義大利航天局伽馬射線輕型探測器望遠鏡觀測到「蟹狀星雲」的伽馬射線強度自9月19日起突然提高2到3倍。費米伽馬射線太空望遠鏡也在同一時間段發現了這種變化。

科學家們認為，「蟹狀星雲」的這種能量爆發以及此前穩定的輻射，所有能量可能來源於星雲內的脈衝星釋放出來的電子風暴。至於這些電子是如何加速到至少10^15電子伏特的能量的，目前科學家們尚未找到答案，他們正在努力研究新的天體物理學加速模型用來解釋其過程與原因。

伽馬射線輕型探測器望遠鏡研究團隊成員馬科-塔瓦尼於12月6日公布了這一發現。塔瓦尼表示，「發現這種能量爆發，確實很震驚。」事實上，塔瓦尼團隊早在2007年秋就已首次注意到「蟹狀星雲」突然出現一次短暫的伽馬射線爆發。不過，當時由於伽馬射線輕型探測器望遠鏡剛剛發射升空不久，因此研究人員並沒有相信這一事件。直到2010年伽馬射線輕型探測器望遠鏡再次記錄到爆發事件，研究團隊才確信並將發現公布於眾。塔瓦尼表示，「如果你將一個穩定的能量源比作‘蟹狀星雲’，那現在的情況發生了變化。」

費米伽馬射線太空望遠鏡研究團隊也於近日聲稱，他們的發現「對粒子加速理論提出了特別的挑戰」。美國國家加速器實驗室科學家勞爾夫-布勒爾是費米研究團隊成員之一。布勒爾與塔瓦尼等科學家共同探討了銀河系能量輻射的變化源問題。不過，兩人都拒絕透露是否已將發現成果提交到《科學》雜誌。

在一個得到普遍接受的模型中，設定的場景適用於任何類型的伽馬射線輻射，不管是穩定的還是短暫的。當來自「蟹狀星雲」中心脈衝星的電子遭遇周圍殘骸的強大磁場時，電子就會在磁場周圍不停地高速旋轉，並被加速直到能量足以釋放伽馬射線。

但是，近日觀測到的「蟹狀星雲」爆發似乎對這種加速模型提出了質疑。布勒爾認為，爆發的短暫性表明電子還沒有加速到足以產生能量輻射的程度。另一個問題是，當電子被加速到極高能量時，星雲磁場的強度可能也會比通常估計的要加強3到10倍。短暫的過程表明，伽馬射線可能源自星雲內部相對較小的一部分。布勒爾指出，脈衝星自身的電場在星雲內部加速電子直到能量足以釋放出伽馬射線。

波蘭國立羅茲大學科學家沃爾登克-貝德納萊克等人提出了另一種解釋。科學家們認為，脈衝星的帶電粒子風闖入了星雲內部，並擠壓星雲的磁場。被破壞的磁場就像一根橡皮條一樣，在被扭曲和擠壓時就會重塑自我。在這個過程中，磁場就會釋放出巨大的能量，從而為電子加速提供能量源。

當研究人員對一些細節問題迷惑不解之時，天文學家們正在嘗試精確定位9月的這次爆發究竟源自何處。在公布的可見光和X射線圖像中，「蟹狀星雲」中包含了一個複雜的細絲狀和噴射狀陣列。在9月爆發事件發生數週後，錢德拉X射線天文望遠鏡捕捉到「蟹狀星雲」的一系列圖像，這些圖像顯示，其中一個噴射狀圖案的基部顯得特別明亮。塔瓦尼認為，這一區域或許就是伽馬射線爆發源。

加州大學伯克利分校科學家喬納森-阿隆斯認為，如果能夠破解「蟹狀星雲」的爆發之謎，或許可以更深入地理解「蟹狀星雲」脈衝星的性質。阿隆斯表示，「所有這些粒子都來自脈衝星，並在星雲中停止。星雲就好比是脈衝星的濾污器。研究星雲內部事件發生過程將有助於我們在實驗室實驗中更好地研究脈衝星。」

阿隆斯認為，這一發現還有助於闡明其他許多天文系統中的物理學現象。這些物理學現象包括黑洞的帶電粒子噴射物是如何猛烈撞擊周圍星際空間的，噴射物中的物質塊是如何進行碰撞的等。這種碰撞曾經被認為能夠引起宇宙中最強大的爆發。