研究太空物质的X射线
898字
2019-10-27 14:23
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火星译客

一直以来,天文学家是通过X射线来研究太空中的物质的。

它是天文学家的一项常规工具。

不过,在本周《自然天文学》上发表的一篇论文中,一组国际团队通过一项新策略来观测了一个遥远的年轻星系,这个星系正在经历快速的恒星形成过程。

天文学家基本上是通过星系团来观测其背部星系放射出的X射线的。

他们这样做是为了了解宇宙遥远的过去。像星系这样质量庞大的物体是有引力的,而引力会让光发生弯曲。

物体的体型越大,光弯曲的程度越大。光越弯曲,其光源在我们看来就越大。

这就好像望远镜中的镜头一样,只不过,与管道中玻璃相对应的是太空中的黑洞。

还有一点跟望远镜相似——它可以帮助我们看到正常情况下看不到的更远的物体。这个过程叫做引力透镜,适用于各种波长的光。

不过,目前为止,关于引力透镜的研究都是用低能波长做的,比如红外线和微波。

但高能现象,如恒星形成和星系形成等现象,都会释放出高能的波长,比如X射线。这是我们观测年轻星系的一个切入点。

我们能从该星系中观测到的光波大概有94亿年的历史。

新形成的恒星基本上质量都不大,引力较小,也就是说比氦要重的元素要少一些。

不过,实际上该星系在X射线中是可见的,也就是说那里一定有X射线的光源,但光源并不是这些低质量的恒星。

在释放出类似那样的X射线之前,应该会获得很大、能量很高的波才对。

在星系刚形成没多久,还在形成恒星的时候,其中一些恒星会形成高质量的X射线双星(HMXB),即2颗巨大的恒星,彼此环绕,会释放出一束X射线。

与低质量双星不同的是,这些恒星对儿体型庞大,生命周期很短。

通常情况下,其中一个最后会消亡,会坍缩成中子星或者甚至是黑洞,然后开始吸食其伙伴恒星的大气层。

这整个过程都会产生大量X射线和冲击波,会影响整个星系甚至是星系外的物质,但目前我们并没有完全了解其影响的方式。

比如,我们无法确定恒星形成跟HMXB形成之间的关系。

或许,冲击波能助力触发恒星的形成。HMXB或许也能帮助我们解答宇宙中的另一个重要问题。

星系际介质,也就是星系间的气体是有电荷的,但我们不知道为什么。

星系际介质基本上是温度很高的带电等离子体,但科学家对遥远的古老目标进行了观测后认为,星系际介质以前是不带电的。

那么,电荷是从何而来呢?是X射线流起到了作用!X射线是电离了的辐射形式,也就是说X射线可以让气体带电。

这就意味着只要足够数量的星系里有足够数量的HMXB,星系际介质就能带上电荷,或者出现类似的情况。

不过,无论是哪种方式,如果能对HMXB做更多的研究,我们就能透过它来了解初期的宇宙以及早期星系的组成情况。

说说离我们近的事儿,在拖了2年的时间后,NASA于上周四启动了ICON任务。

ICON将环绕地球飞行,研究地球大气层中最上方的带电部分——电离层。

所有近地轨道都在这里,所以,我们的大多数卫星,包括国际空间站也在这里。

每当太阳风跟电离层相互作用的时候,就会出现美丽的极光,但同时也会对卫星造成损害。

影响恶劣的太阳风暴会切断所有GPS通讯,对宇航员极为危险。因此,NASA有足够的理由去了解清楚如何防护人类不受太阳风暴的影响。

最近,我们想到电离层只受到了太阳风的影响,但最后却发现地球上发生的风暴也会影响电离层。

飓风等极端风暴会产生扰乱作用,影响大气层甚至其中的电离层,产生大量密度很高的等离子体,对卫星十分危险。

但即便不是极端天气,哪怕一直刮风,也会对电离层造成扰乱作用。

所以,ICON任务将会研究电离层,从而更好地了解太阳、地面、天空几者之间的关系。

ICON的优秀不止限于它对卫星的帮助。

承载ICON的火箭,其发射流程也相当简洁。该火箭名为飞马座火箭,是从空中发射的。

火箭是用某大型飞机运送到不到1.2万米的空中,然后与飞机脱离。火箭进行了大概5秒钟的自由落体之后就发射了。

其设计的初衷是:在这样的高度下,大气层里的墨仓更少,所有火箭不需要那么多燃料。

而且也不需要发射台作为跑道了。

不过,飞机里还是需要燃料才能把火箭运送到空中的,所以这个方案是做了折中的。但这个发射过程是飞马座火箭自90年代初期就在使用的。

不仅看起来很酷,而且用到了科学原理,可谓双赢。

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