天文新發現: 銀河系內的超級粒子加速器

當我們仰望星空，美麗的銀河總給我們一種靜謐安詳的感覺。其實銀河系中存在著許多怪物級別的高能天體一直在劇烈的演化過程中。

圖：SS433的高能伽馬射線分布圖。Credit: HAWC collaboration, Nature

2018年10月3日，HAWC觀測組在《自然》雜誌發表論文，發現一個銀河系內的X射線雙星系統竟然在持續發射超高能量的伽馬射線。這個雙星系統被稱為SS433，是銀河系內一個非常奇特的星體。它是一個雙星系統，包括一顆恆星和一個恆星級黑洞。並且這個雙星系統發出了強力的等離子體噴流，速度高達光速的四分之一。由於這些特性，這種雙星系統又被稱為微類星體，也就是宇宙中已知最強力的一類被稱為類星體的天體的微型版本。因為它離地球很近，只有18000光年，而能量又特別高，所以幾十年來一直都是天文學家的重點研究對像。然而直到今天，科學家們才終於發現這個怪物竟然還能發射高能伽馬射線。

高能伽馬射線一般是由超高能量的電子或質子發出的。那麼SS433到底是哪一種粒子發出的伽馬射線呢？HAWC團隊經過研究發現，如果是高能質子發出的伽馬射線，那麼它一定會覆蓋天空中很大一片區域，而高能電子則只會在SS433噴流位置上有伽馬射線。位於墨西哥的HAWC天文台恰恰特別擅長分辨天空中高能伽馬射線的分布。通過分析HAWC數據，研究組認定輻射是由高能電子導致的，並且電子能量高達5000爾格。這是什麼概念呢？這些高能電子的能量比人類目前最強大的粒子加速器所能達到的最高能量還高。同時，這也是目前天文學上發現的通過直接加速電子能達到的最高電子能量。

要想得到這麼高能量的電子，往往需要非常極端的粒子加速環境，比如黑洞等等高能天體。令人驚奇的是，SS433的粒子加速其實是在噴流中發生的。不僅如此，這些高能電子的輻射非常劇烈，很短時間內就會由於輻射損失能量。因此，粒子加速必須在極短時間內完成。HAWC研究組對此進行了深入研究，然而最終還是無法理解如何在短時間內將粒子加速到要求的能量。

這項新研究證實了微類星體確實是宇宙中的超級粒子加速器，能夠在極短的時間內把粒子加速到極高能量。事實上，微類星體在宇宙中有廣泛的分布。有鑒於此，它們很有可能與觀測到的高能宇宙射線和電子等等有緊密的聯繫。另外，如果它們真的如名稱所言是微型的類星體的話，可想而知類星體很可能把粒子加速到更高能量。的確，類星體往往和宇宙局部地區的巨變有關。那麼銀河系內的微類星體是否說明銀河系也在發生巨變呢？目前我們還不得而知。