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對近地巨分子云伽馬射線輻射分析發現—— 低能宇宙線在恒星誕生地“穿越失敗”
來源:科技日報 責任編輯:吳春華 分享到 2023-03-29 10:08:43

  記者27日從中國科學技術大學了解到,該校物理學院天文學系和深空實驗室的楊睿智教授、劉冰副研究員與國內外專家合作,對距離地球較近的巨分子云的伽馬射線輻射進行了分析研究,發現致密分子云團塊對低能宇宙線有較強的“屏蔽”作用,分子云致密團塊處的宇宙線密度顯著低于星際介質中的平均值。該項研究成果作為一項重要的觀測發現于近日發表在國際期刊《自然·天文》上。

  宇宙線是來自外太空的相對論性帶電粒子,它們與星際介質作用產生的伽馬射線是追溯其起源和傳播過程的絕佳探針。作為星際介質的重要組成部分,宇宙線貢獻了星際介質大概三分之一的能量密度。如果宇宙線能夠自由地穿透分子云,那么望遠鏡觀測到的分子云不同區域伽馬射線的單位面積流強與氣體柱密度成簡單的正相關,并且伽馬射線的能譜形態也應該一致。

  研究團隊通過對費米大視場望遠鏡的觀測數據進行研究分析后發現,在均勻宇宙線分布的假設下,巨分子云中致密分子云團塊處出現了顯著的“空洞”結構,這一結果意味著這些致密分子云團塊處的實際宇宙線密度低于密度較低的彌散區域宇宙線密度。結合伽馬射線數據和氣體密度分布數據,他們推導出兩種區域宇宙線的能譜分布,并發現與彌散氣體中的宇宙線分布相比,致密團塊處的低能宇宙線密度顯著下降。

  對這一能譜特征的一種可能解釋是,宇宙線在分子云團塊中的擴散要顯著地慢于其在星際介質中的擴散,使得低能宇宙線在穿透進致密團塊之前已經由于強烈的電離過程和非彈性散射過程損失了大部分能量,因而無法進入最致密區域。自身能量較高的宇宙線可以穿透分子云致密的核心區域,而低能宇宙線則因能損過快被“屏蔽”在外。

  該項研究首次對致密分子云團塊內的宇宙線密度進行了測量,發現了分子云密度漲落對宇宙射線的調制效應。研究人員表示,該研究結果有望對恒星形成和星際化學等領域的研究工作產生深遠影響。(吳長鋒)

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