天體物理沖擊：近地微類星體釋放極端宇宙放射線

銀河系內的微類星體，如人馬座V4641，已經被發現可以發射光子，其能量水平以前只屬於遙遠的類星體。

來自HAWC天文台的這一發現表明，這些局部物體可能對宇宙放射線有重大貢獻，提供了類似於活動星系核的機制的更近距離觀察。這改變了我們的理解，並允許對宇宙射線發射和射流形成過程進行更清晰、更直接的研究。

宇宙放射線研究的革命

極高能量的電磁放射線不僅來自遙遠星系的活動核心，也來自我們銀河系內被稱為微類星體的噴射物體。國際高海拔水切倫科夫伽瑪射線天文台（HAWC）的科學家們的這一突破性發現，極大地改變了我們對超高能量宇宙放射線形成方式的理解，標誌著這些現象研究的重大轉變。

自從維克多·赫斯（Victor Hess）於1912年發現宇宙放射線以來，天文學家一直認為，將這些粒子加速到銀河系中最高能量的來源是大規模超新星爆炸的殘留物，即超新星遺跡。然而，來自HAWC天文台的新數據提出了不同的觀點：微類星體現在正在成為這種極高能量放射線的來源。克拉科夫波蘭科學院核物理研究所（IFJ PAN）的天體物理學家在國家科學中心的資助下，在這一發現中發揮了關鍵作用。

HAWC的高能現象

HAWC天文台建在墨西哥塞拉內格拉火山的斜坡上，目的是記錄來自太空的高能粒子和光子。該設施由300個裝有光電倍增管的鋼水箱組成，這些光電倍增管對被稱為切倫科夫放射線的短暫閃光非常敏感。當一個粒子在水中以超過光速的速度運動時，就會出現這種現象。

通常，HAWC捕獲的Gamma光子的能量範圍從數百千兆電子伏特到數百太電子伏特。這些能量比可見光光子的能量高出一萬億倍，比大型強子對撞機（LHC）加速器加速的質子能量高出十幾倍。

類星體和微類星體的作用

類星體內的超大品質黑洞，即一些星系（具有巨大品質的物體，其品質相當於數億個太陽）的活動核，會加速並吸收周圍吸積盤中的物質。在這個過程中，狹長的物質流，也就是所謂的噴流，從黑洞的兩極附近沿其旋轉軸向兩個方向射出。它們以接近光速的速度運動，產生激波——正是在那裏產生了能量極高的光子，最高可達數百兆電子伏。

類星體位於其他星系的核心，是離我們非常遙遠的天體之一：最近的（Markarian 231）距離地球6億光年。這與微類星體的情況不同。它們是緊湊的雙星系統，由一顆大品質恒星及其吸收物質的黑洞組成，它們發射出長度達數百光年的噴流。到目前為止，僅在我們的銀河系中就發現了幾十個這樣的天體。

前所未有的微類星體觀測

「從微類星體探測到的光子通常比從類星體探測到的光子能量低得多。通常，我們討論的是數量級為幾十千兆電子伏特的值。與此同時，我們在HAWC天文台的探測器記錄的數據中觀察到一些非常令人難以置信的東西：光子來自我們星系中的一個微類星體，但攜帶的能量比一般情況高出數萬倍！Sabrina Casanova博士（IFJ PAN）說，他與密西根理工大學的王曉傑博士和馬里蘭大學的黃德誌博士是第一個觀察到這種異常現象的人。

射手座V4641的意義

能量高達200太電子伏的光子的來源已被發現是微類星體V4641人馬座（V4641 Sgr）。它位於人馬座的背景中，距離地球約2萬光年。這裏的主要角色是一個品質約為6個太陽品質的黑洞，它從品質為太陽3倍的恒星巨星那裏吸引物質。這些天體圍繞一個共同的質心執行，在不到三天的時間裏相互繞一圈。有趣的是，Sgr V4641系統發射的噴流是指向太陽系的。在這種情況下，地球上的觀測者對噴流開始和結束時物質的時間有一種相對論性扭曲的感知：噴流的前部開始顯得比實際年齡年輕。因此，射流似乎以超光速在太空中傳播，在目前的情況下是光速的9倍。

「值得註意的是，V4641 Sgr微類星體並不是唯一的。與此同時，LHAASO天文台探測到的極高能量的光子不僅來自這個，也來自其他微類星體。因此，微類星體似乎對我們銀河系中最高能量的宇宙射線放射線做出了重大貢獻，」卡薩諾瓦博士補充說。

結論：天體物理學的新時代

這一最新發現不僅引起宇宙射線科學家的興趣。它證明，在距離地球相對較近的地方，射流形成和超高能光子產生的機制一定與活躍的遙遠星系的核中類似，與黑洞的品質適當地成比例。

微類星體的這些過程發生在一個對人類更友好的時間尺度上——幾天，而不是幾十萬或幾百萬年。此外，微類星體發射的光子不必穿過數百萬光年的宇宙真空，在那裏它們可以與無處不在的宇宙背景放射線的光子交互作用時被散射或吸收。

所有這些都意味著，天體物理學家第一次有能力對星系演化的關鍵過程進行全面的、幾乎不受幹擾的觀察。