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清大天文學家率先捕捉到雙星釋放出罕見的伽瑪射線

2011/07/25 | | 標籤:

清大天文研究所江國興教授所領導的緻密天體研究小組成員博士後研究員譚?軒博士,為第一位發現一個位於南十字座的雙星系統出現「伽瑪射線瞬變現象」 的天文學家。他首先捕捉到一個包含脈衝星的雙星系統釋放出高能伽瑪射線。江國興教授領導的研究團隊,早於另一個由美國天文學家主導的團隊,率先報導了這一 發現。研究成果於2011 年7 月20 日刊登在國際頂尖期刊《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal Letters) 上。

2010 年12 月,一對罕見的雙星於彼此不到金星與太陽的距離擦身而過。一般的雙星系統是由兩顆恆星或者一顆恆星跟一顆白矮星組成。這對位於南十字座的雙星,卻是由一顆 大質量恆星和一顆脈衝星(即快速旋轉的中子星)組成。這個大質量雙星系統的特別之處在於,熾熱而呈藍白色的主星是如同太陽一般的恆星,但直徑卻比太陽大9 倍。伴星的大小則遠小於地球 (通常只有10-20 公里左右)。這對雙星是已知的伽瑪射線大質量雙星系統中,唯一確定包含脈衝星的。

全球的天文學家對於這對特別的雙星抱著極大的興趣。這不但是因為這樣近距離的接觸每3.4 年才發生一次,而且天文學家預期在這段時間會偵測到伽瑪射線,為雙星系統的互動機制提供重要的線索。在國科會的支持下,清大天文研究所江國興教授所領導的 緻密天體研究小組,也對這次事件進行了伽瑪射線和X 光的觀測。

自去年10 月上旬開始,譚?軒就定期對「費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-Ray Space Telescope)」所收集的數據進行分析。他表示:「雙星的週期長達3.4 年,使這次觀測機會很難得,而且更是費米望遠鏡自2008 年升空以來的第一次機會,天文學家都非常的期待。」小組另一位成員黃修慧博士補充說:「 過去,天文學家曾經利用無線電波和X 光等波段觀測這對雙星,卻從來沒有偵測到十億電子伏特這波段的伽瑪射線。 長期以來天文學家都在尋找雙星系統釋放的伽瑪射線,被我們找到了!」 這顯示費米伽瑪射線太空望遠鏡有著?大的潛力。

這顆脈衝星名為PSR B1259-63,大小跟新竹市差不多,質量卻有太陽的兩倍。脈衝星的光束就像宇宙中的一座燈塔,只有當光束掃過地球的時候才能被看到。位於澳洲的帕可斯 電波望遠鏡(Parkes telescope)在1989 年首次發現這些脈衝,而得知PSR B1259-63 以每秒約21 次的頻率自轉。不僅如此,這顆脈衝星以一條橢圓而傾斜的軌道繞著一顆稱為LS 2883 的大質量恆星運行。這顆巨大恆星的質量是太陽的二十四倍。由赤道往外擴散的恆星風更形成一個圓盤,每當脈衝星在距離大質量恆星約一億多公里而向其接近時, 會先穿過恆星圓盤, 然後以最短距離掠過恆星, 離開時再次穿越恆星圓盤(見圖)。

研究團隊成員之一、香港大學物理系的日藉博士後研究員高田順平博士表示:「當脈衝星通過恆星圓盤時,由脈衝星產生的高能粒子與圓盤的物質產生互動,這 些粒子就有可能被進一步加速而釋放出伽瑪射線。」不過,到目前為止要完全解釋伽瑪射線的數據卻是一件不容易的事,因為伽瑪射線的光譜和亮度的變化出乎天文 學家事前的預測。江國興教授說:「在去年十一月中旬,我們首先探測到微弱的伽瑪射線,並第一時間告知全球的天文學家。因為訊號太微弱,這發現曾遭到一些天 文學家的質疑。」後來這微弱的伽瑪射線也消失了, 這現象跟一些理論所預測的不太符合。江國興繼續說:「意料不到的是,從一月中旬開始,我們又重新觀測到伽瑪射線,而強度竟然比上一次增加了好幾倍。這是前 所未有的發現, 到現在還沒有一個公認的解釋。」

「剛開始觀測的時候只是抱著一種探索的心情,想不到後來卻有突破性的發現。」譚?軒興奮的說。「我想研究工作就是要以開放且認真的態度,去接受來自宇宙的一切可能性。」

費米伽瑪射線太空望遠鏡是由美國太空總署領導的國際團隊所建造,並於2008 年8 月11 日發射升空。所有數據即時公開以供全球天文學家使用。清大天文所是全球首批利用費米伽瑪射線太空望遠鏡進行研究的團隊之一。

圖片說明:在2010 年11 月到2011 年2 月,脈衝星PSR B1259-63 接近大質量恆星LS 2883。 費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-Ray Space Telescope) 偵測到兩次的伽瑪射線瞬變。圖片提供:NASA/Goddard Space Flight Center/Francis Reddy (繪圖) 及清大天文研究所譚?軒(費米伽瑪射線太空望遠鏡影像)

資料來源:清華大學天文所江國興教授提供, 2011.07.21

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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