宇宙里有种伽马射线,能量超过1拍电子伏特,却找不到明显“老家”。科学家叫它“孤儿”伽马射线。

中国两颗天眼最近联手,在4600光年外一颗脉冲星身后,拖出42光年X射线尾巴。尾巴方向,正好对上那些“孤儿”伽马射线。

科学家用爱因斯坦探针观测脉冲星PSR J1740+1000,发现一条极长X射线尾。角距离约32角分。在4600光年距离上,折算约42光年。

这是迄今发现最长的脉冲星风星云X射线尾。XMM-Newton也看过这颗脉冲星,观测时间是爱因斯坦探针的6倍多,却只看到一小截。

爱因斯坦探针本底低,视场覆盖合适,适合在大片天区找暗弱弥散结构。约7万秒观测,拍全整条尾巴。

同一片天区,LHAASO探测到超高能伽马射线。能量超过1 PeV,空间位置和X射线尾高度吻合。

关键不只是位置对上。X射线和伽马射线能谱,可用同一群高能电子解释。

这些电子在脉冲星风星云里被加速到极高能量,沿尾巴往外跑。穿过磁场发出同步辐射,一部分成为爱因斯坦探针看到的X射线。

它们又撞上星际低能光子,把光子踢到极高能量,产生LHAASO看到的超高能伽马射线。

X射线和伽马射线,是同一群粒子在不同波段留下的脚印。

问题来了:粒子为什么能跑这么远,还保持方向?

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通常高能粒子进入星际空间后,会被磁场涨落散射,逐渐四散。但这次,在42光年尺度上,它们仍有明确传播方向。

研究者提两种可能。一是星际磁场高度有序,粒子沿磁力线跑,垂直方向被抑制,像“磁轨道”。

二是有快速准直外流持续喷出,像消防水管,把粒子带到远处。

哪种主导,暂无定论。但两种都指向:粒子离开源后,不一定马上乱跑,可能保持方向跑几十光年。

这对找超高能伽马射线源很关键。我们探测到辐射的位置,可能只是粒子长途旅行后的“脚印”,不是“出生地”。

意大利INAF的Gabriele Ponti团队同期评论:超高能伽马射线源和候选天体之间的空间偏移,不一定假关联,可能正是粒子离开加速源后的传播路径。

这给“孤儿”伽马射线新解释。LHAASO发现的一些源附近没有明显天体,也许源在别处,粒子跑偏了。

爱因斯坦探针在天上,LHAASO在四川稻城海拔4410米。一个看X射线,一个看超高能伽马射线。两个波段互证。

这不是单台设备厉害,而是中国高能天体物理开始形成体系能力:不同设备能凑到一起破案。

42光年尾巴,打开一扇新窗口。高能粒子怎么逃出极端天体、怎么在银河系传播,以后会有更多样本。中国高能天体物理,正从单点突破走向体系破案。

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