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電磁波譜邊緣的神秘天體

人類的眼睛讓天文觀測進展大大受限。如果沒有眼睛可觀察,那麼當然永遠沒辦法知道明亮的恆星、行星和星系等宇宙天體長什麼樣子,甚至不知道它們的存在。不過,天文學家可沒屈服,當然要找出方法來對付那些看不見的宇宙。

在人類可見的領域之外的整個電磁波譜是非常不可思議的。從無線電波到伽瑪射線,各種不同波長的光(或說各種電磁波),都能呈現宇宙的某些獨特性質。某些波長用來研究黑洞最棒,有些波長的電磁波則在新生恆星和行星的研究上最為突出,還有一些則能呈現宇宙最早期的現象。

美國航太總署NASA)擁有許多望遠鏡,所使用的電磁波譜波段各不相同。其中之一就是環繞地球運行的費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-Ray Telescope),而這座特別的望遠鏡,剛好跨越了一個新的電磁波邊界,讓天文學家終於得以偵測全天極高能光子的分佈狀況;這些極高能光子的能量介在100億~1000億電子伏特(electron volt),已經處在電磁波譜能量最高(波長最短)的邊緣地帶。

人眼可見的光子能量大約在2~3電子伏特,費米太空望遠鏡所偵測的伽瑪射線光子能量介在2000萬電子伏特到3000億電子伏特之間,是人眼可見的數十億倍。這些伽瑪射線光子能量如此之高,以一般鏡片或透鏡製作的光學望遠鏡無法偵測,因為它們根本無法阻攔這些高能光子。而費米太空望遠鏡和一般望遠鏡不同,它是利用類似蓋格計數器(Geiger counter)的原理來製作感應器。天文物理學家們開玩笑說,如果可以將這種計數製作成伽瑪射線「眼鏡」,讓每個人都可以看到來自宇宙的超大質量黑洞或特超新星爆發所發出的個別伽瑪射線事件,那麼天空看來不再是星星點點,而是充滿各式各樣狂亂的活動。

費米太空望遠鏡於2008年發射升空,在此之前,天文學家僅知4個可發出光子能量如此之高的輻射源;但在其升空3年後,新發現的極高能射線源數量已逼近500。這些極高能輻射源都是什麼樣的天體?天文學家拼命想解開這些極高能射線源之謎,但迄今仍約有1/3找不到與任何已知會產生伽瑪射線的天體有關連之處,換言之,天文學家根本不清楚這些極高能伽瑪射線光子來自什麼樣的天體。

An artist concept of giant Fermi bubbles emerging from the heart of the Milky Way.而其餘的2/3,則都有一個共通點:都會發出異常驚人的能量,其中有些是被稱為「耀變星(blazar)」(或譯為「蝎虎座BL型類星體」)的超大質量黑洞;有些是超新星爆炸殘骸;有些是被稱為脈衝星(pulsar)、自轉速度超快的中子星;還有些伽瑪射線來自所謂的「費米泡(Fermi bubble)」,這是由銀河系中心區向外擴張的一個巨大結構,在銀河盤面上下各有一個費米泡,從銀河中心向外延伸達20,000光年左右,不過,費米泡的來源也是另一個未解之謎。

藉由費米太空望遠鏡的協助,天文學家首度完成伽瑪射線全天圖。雖然現在的「費米世界」讓許多天文學家頗感挫折,但目前費米太空望遠鏡正在努力完成另一次更深入的全天巡天工作,靈敏度和解析度將比第一幅更好。因此未來數年內,費米資料必定能讓天文學家們找出其中某些未知極高能伽瑪射線源的秘密。

資料來源:Mysterious Objects at the Edge of the Electromagnetic Spectrum[2012.03.16]

轉載自台北天文館之網路天文館網站


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