科学探索|天文学家以前所未有的细节揭示了宇宙粒子加速器天文学家以前所未有的细节揭

在特殊望远镜的帮助下，研究人员对一个宇宙粒子加速器进行了前所未有的观察。研究人员用纳米比亚的H.E.S.S.伽马射线观测站进行的观测首次显示了一个称为新星的恒星过程中的加速过程，它包括白矮星表面的强大爆发。新星产生的冲击波撕裂了周围的介质，将粒子拉入其中，并将它们加速到极高的能量。令人惊讶的是，新星“RS Ophiuchi”似乎导致粒子加速，其速度达到理论极限，与理想条件相对应。这项研究已经发表在《科学》杂志上。

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【科学探索|天文学家以前所未有的细节揭示了宇宙粒子加速器】白矮星是燃烧殆尽的恒星，它们自我坍缩并发展成极其致密的天体。新星事件的发生，例如，当白矮星与一颗大恒星处于一个双星系统中时，白矮星由于其引力而从其质量更大的同伴那里“吸食”物质。一旦聚集的物质超过一个临界水平，它就会在白矮星的表面引发一场热核爆炸。有些新星是已知会重复出现的。RS Ophiuchi就是这些重复出现的新星之一；每隔15到20年就会在其表面发生一次爆炸。“形成该系统的恒星彼此之间的距离大约与地球和太阳相同，”纽伦堡大学的研究员、H.E.S.S新星项目的主要调查员Alison Mitchell解释说。“当新星在2021年8月爆炸时，H.E.S.S.望远镜让我们第一次在极高能量的伽马射线中观察到星系爆炸。”
研究小组观察到，这些粒子被加速到比以前在新星中观察到的能量高几百倍。此外，因爆炸而释放的能量被极其有效地转化为加速的质子和重核，因此粒子加速达到了理论模型中计算的最大速度。据该研究的主要作者之一、位于Zeuthen的DESY的博士生Ruslan Konno说：“观察到粒子加速的理论极限实际上可以在真正的宇宙冲击波中达到，这对天体物理学有巨大的影响。它表明，加速过程在其更为极端的‘近亲’--超新星中也可能同样有效。”

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在RS Ophiuchi爆发期间，研究人员首次能够实时跟踪新星的发展，使他们能够像看电影一样观察和研究宇宙粒子加速。研究人员能够测量高能伽马射线，直到爆炸后一个月。“这是我们第一次能够进行这样的观测，它将使我们未来能够更准确地了解宇宙爆炸的工作原理，”日本东京立教大学的理论天体物理学家Dmitry Khangulyan解释说。“例如，我们可能会发现，新星对永远存在的大量宇宙射线做出了贡献，因此对其周围的动态有相当大的影响。”宇宙射线是巨大的高能亚原子粒子‘雨’，它们同时来自空间的各个方向，其确切的来源并不清楚。
这些测量需要特定的望远镜。位于纳米比亚的H.E.S.S.设施（代表高能立体系统）由五个切伦科夫望远镜组成，用于研究来自太空的伽马射线。最近在最大的望远镜中安装了一台新的、高度敏感的先进相机--被称为FlashCam 。FlashCam的设计目前正在为下一代伽马射线观测站--切伦科夫望远镜阵列（CTA）进行进一步开发。“新相机自2019年底开始使用，这次测量显示了最新一代相机的潜力有多大，”参与分析相机数据的马克斯-普朗克核物理研究所的博士生Simon Steinma?l解释说。

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在业余天文学家首次向天体物理学界报告这颗新星后，望远镜在很短的时间内被指向了这颗新星。这次观测的成功在很大程度上归功于研究人员和更广泛的天文界的快速反应，为随后的广泛观测铺平了道路。H.E.S.S.主任Stefan Wagner是海德堡地区观测站的教授，他解释说：“在接下来的几年里，利用CTA望远镜的研究将显示这种类型的新星是否特殊。”此外，研究人员现在对要寻找的东西有了更清晰的认识。这就产生了一些新的可能性，以获得更好的理解并能更好地解释与新星有关的事件。“这次测量是伽马射线天文学的进一步成功，也是一个令人鼓舞的迹象，我们将能够用H.E.S.S.和未来的伽马射线望远镜研究更多的宇宙爆炸。”