科学家在宇宙发现巨大天然粒子加速器

2008/2/12 9:37:00

中新浙江网2月12日电 据国外媒体报道，欧洲航天局(ESA)近日首次清晰地观测到来自“蛇夫座”星系团的高能X射线，这表明该星系团实际上是一个巨大的天然粒子加速器。这一新发现将有助于科学家们更好地理解星系团自身的历史演化进程。

　　欧洲航天局轨道伽马射线天文台探测到了“蛇夫座”星系团的X射线，由于这些X射线过于活跃，因此不太可能来自于星系团中的惰性热气体。这些X射线还表明，气体中荡漾过巨大的冲击波，这使得这个星系团成为了一个巨大的粒子加速器。蛇夫星座星系团中孕育X射线的热气体出奇的烫，温度高达1亿开氏度。

　　4年前，来自意大利/荷兰的BeppoSAX卫星的数据表明，在后发座星系团中也可能存在高能X射线的某个特殊成分。瑞士日内瓦大学Integral科学资料中心的多米尼克-艾克特说：“之前以已有两个科研小组在对这些数据进行分析，一组发现了这个成分，而另一组却没有。”于是，艾克特及其同事开展了一项调研活动，探索这个神秘的现象。他们发现，欧洲航天局的轨道伽马射线天文台明确探测到了蛇夫座星系团中有异常高能X射线的存在，产生这种X射线的方式有两种，且均包含高能电子。一种可能性是，电子被横穿星系团的磁场捕获，从而绕磁场线进行螺线运动，以X射线形式释放出同步加速器辐射。另一种可能性是，电子可能与宇宙起源时残留下的微波碰撞，发出X射线的电子。前者的电子能量是后者电子能量的10万倍。

　　研究小组的下一任务就是确定到底哪一种猜测是正确的，为此他们计划使用射电望远镜和高能立体望远镜系统对蛇夫星座星系团的磁场进行测定。如果通过高能立体望远镜系统能看到有来自蛇夫星座的闪光，天文学家们就可以确定同步加速器的猜测是正确的。当然，电子也极有可能是在被飞越星系团的冲击波加速后，才变得如此高能。当两个星系团相互碰撞并合并时，就会产生冲击波。这里的问题在于，目前蛇夫星座是如何吞噬掉了其伴星系。在同步加速器模式中，高能电子会迅速冷却，而在微波散射模式中，电子冷却需要花费很长一段时间，因为碰撞可能在过去任何时间中发生。

　　不过，有一个事实是确定无疑的：大自然已经将星系团转变成了一个强大的粒子加速器，其功能要比目前欧洲粒子物理研究所的巨大核强子碰撞器强大20倍。研究组成员斯蒂芬-帕尔塔尼说：“当然，与之相比，蛇夫座星系团要大得多，巨大核强子碰撞器的直径是27公里，而蛇夫座星系团的直径有200万光年。”目前世界上功能最强大的人造核粒子加速器位于欧洲粒子物理研究所在瑞士粒子物理实验室创建的“巨大核强子碰撞器”。正如恒星与行星起源于松散的尘埃和气体云团一样，星系也是起源于大得多的凝结块。当星系在空间移动时，自身巨大的引力将持续拖动环绕周围的尘埃及气体云。当它们发生碰撞或凝结成团时，产生的巨大能量将压缩和加热云团。

　　自著名科学家卢瑟福1919年用天然放射性元素的a射线轰击氮原子首次实现了元素的人工转变以后，物理学家就认识到要想认识原子核，必须用高速粒子来变革原子核。天然放射性提供的粒子能量有限，只有几兆电子伏特，天然的宇宙射线中粒子的能量虽然很高，但是粒子流极为微弱，例如能量为1014电子伏特的粒子每小时在1平方米的面积上平均只降临一个，而且无法支配宇宙射线中粒子的种类、数量和能量，难于开展研究工作。因此为了开展有预期目标的实验研究，几十年来人们研制和建造了多种粒子加速器，性能不断提高。在日常生活中，事实上电视机和X光设施等都是小型的粒子加速器。(刘妍)