揭秘宇宙中依然神秘的高能伽玛射线辐射

Gamma-ray glow steeped in mystery
4 March 2010

    An omnipresent fog of high energy gamma-ray radiation that bathes the entire Universe is being produced mostly by a mysterious, unknown source, revealed scientists this week at a meeting of the American Astronomical Society’s High-Energy Astrophysics Division in sunny Hawaii.

    Gamma-rays are the most energetic type of radiation possible. Prior to the latest findings by NASA’s Fermi Gamma-Ray Space Telescope, it had been assumed that this extragalactic fog was produced almost entirely by the action of fast-moving jets of charged particles emanating from black holes in active galaxies. Not so, reveal Marco Ajello and Markus Ackermann of the Kavli Institute of Particle Astrophysics and Cosmology in California. Using the Large Area Telescope onboard Fermi, they carefully measured the background extragalactic glow of gamma-rays, carefully separating it from foreground sources such as pulsars, supernovae remnant and star-forming regions.

    “The extragalactic background is very faint, and it is easily confused with the bright emission from the Milky Way,” says Ackermann. With the background isolated in their studies (these background measurements are published in the 12 March edition of the journal Physical Review Letters), Ajello and Ackermann then began to compare it with observations of relatively nearby active galaxies with black holes (called active galactic nuclei, or AGN). Supermassive black holes at the centres of galaxies, when fed large amounts of matter, can whip up jets of charged particles with the help of powerful magnetic fields, blasting out from the cores of galaxies at close to the speed of light. When particles in the jet strike a photon of visible or infrared light, they cause the photon to jump up in energy and become a gamma ray. Alternatively, should one of the jet particles smash into the nucleus of an atom floating around in a gas cloud, the collision can create a subatomic particle called a pion, which quickly decays into two gamma rays.

     The assumption has always been that the gamma-ray background is caused by the accumulation of gamma rays from many active galaxies too distant to be resolved. But by measuring the gamma-ray production in nearby AGN such as within the giant elliptical galaxy M87, they found that the amount of gamma rays they produced was too small; there was no way there could be enough AGN to support the background extragalactic glow at energies between 0.1 and 100 billion electronvolts. In fact, it seems that AGN contribute only 30 percent.

    So where is the other 70 percent coming from? “Particle acceleration occurring in normal star-forming galaxies is a strong contender, and so is particle acceleration during the final assembly of the large scale structure we observe today, for example where clusters are merging together,” suggests Ackermann. There is physical evidence to back up the star-forming galaxies theory. In November 2009 it was announced that Fermi had discovered gamma-ray emission from local starburst galaxies including M82, NGC 253 and from the Tarantula Nebula in the Large Magellanic Cloud, the largest star-forming region in our Local Group of galaxies. The emission of the gamma rays seen by Fermi matched the locations of the gas clouds in the Tarantula Nebula seen in visible light

    There is also a wild card theory to consider – if dark matter turns out to be some unknown subatomic particle in the standard model, says Marco Ajello, then collisions between two dark matter particles could result in the release of gamma rays. Until we know more about dark matter, it is not something we can rule out.

本周，美国天文学会高能天体物理学部的专家们聚首夏威夷，就深空伽玛射线辐射，特别是活跃星系恒星形成区的伽玛射线产生理论进行了深入研讨。来自加州天体物理粒子和宇宙学研究所的科学家对伽玛射线辐射陈述了自己的观点。

伽玛射线是最强的一类射线，对深空天体伽玛射线的探测主要由美国国家航空航天局费米伽玛射线空间望远镜来执行，天文学家过去认为伽玛射线几乎都是来自位于活跃星系内黑洞产生的高速带电粒子喷流。加州天体物理粒子和宇宙学研究所的科学家Marco Ajello和Markus Ackermann否定了这个观点。使用费米空间望远镜上探测器，他们仔细测量了银河系外的伽玛射线，并将其从脉冲星，超新星爆炸残留和恒星形成区等前景干扰源中分离出来。

系外伽玛射线背景是非常微弱的，而且很容易受到系内辐射源的干扰，（Ackermann等人对背景值的测量公布于3月12日的《物理评论快报》上），Ajello和Ackermann同时将这个测量结果与附近已被观测过的相对活跃的星系黑洞参数进行比较，这些参照对象有个专有名词，称为活动星系核，AGN。处于星系中央的超大质量黑洞，吞噬了大量的物质后，在强大磁场作用下能在星系中央向外方向上激起接近光速的带电粒子喷流。当喷流中的粒子撞击到可见光或者红外波长上的光子，将导致光子能量跃迁，形成伽玛射线。另一种说法为，其中的一些粒子喷流撞击了星系内气体云的原子核，这种撞击会产生一种亚原子粒子，即π介子，其会很快衰变成两束伽玛射线线。

费米伽玛射线广域空间望远镜绘制的伽玛射线巡天全景

假设伽玛射线背景是由众多活跃的星系所发出的，然而这些星系距离又太远。但是对附近活动星系核AGN进行伽玛射线测量，例如巨大的M87椭圆星系，他们发现这些活动星系核产生的伽玛射线较少，而且数量也不够，不足以将系外伽玛射线背景值维持在1-1000亿电子伏特。事实上，这些活动星系核产生的伽玛射线只占全景的30%。那另外70%哪儿去了呢？据我们观测结果显示，在一般有恒星形成区的星系内，粒子加速处于较主导的地位，因此在最后大尺度结构产生的阶段，粒子加速更为频繁，例如一些集群的合并。目前有一些实例在支持这个理论。在2009年11月，费米伽玛射线望远镜在M82星系（NGC3034），NGC253以及大麦哲伦星云中最大的恒星形成区蜘蛛星系中探测到了星爆产生的伽玛射线喷射。

另外，还有个普适性的理论，如果暗物质就是标准模型中未知的某种亚原子粒子，那么两个暗物质粒子的碰撞将产生伽玛射线。然而我们目前对暗物质还知之甚少，一些假设理论还不能得到验证和排除。

这个翻译内容很早就弄好了，不知咋滴，就丢一边了，忘了发···晕晕的··上面的时间点，本周应该是3月4日那一周

建议发成一段段对照的形式，这样大家看了都方便。中文的、英文的字体可以稍微大些，我眼睛视力不好（高达300度呢！）。

同意LS的，我比LS的更深些，左眼近视厉害些550+散光100多，两眼视力相差300°

回复 4# diy1980

哈哈，我左眼视力长期1.5哦，现在至少还有1.2吧。不过一样是相差300呢。

OK````下回一定注意··嘿嘿··我也300了···哎··另一边275好像

回复 6# MBR

咳，我今天自己发帖才知道，这个7.2版本居然强制为源码模式，使用大字体还很复杂。我实在讨厌这么小的字体，更讨厌的是，这种方式看不出排版效果。

回复  MBR

咳，我今天自己发帖才知道，这个7.2版本居然强制为源码模式，使用大字体还很复杂。我实在讨厌 ...
gohomeman1 发表于 2010-3-24 21:17

                               
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我晕，你们怎么知道论坛的版本啊？
不过改版以后我引用回复方便多了，我用Opera浏览器，以前一引用马上偏到左边，看不到回复框，怎么调都调不了，现在有个框在中间，好多了

论坛左下角就标明了··DZ 7.2··刚才好像不能调大字体···编辑有点儿不方便··

的确如此，搜狗浏览器

看到这个会让我想起BBC仰望星空系列那期大爆炸……真巧啊，阿瑟.克拉克~

版主，记得加文章来原

原文http://www.astronomynow.com/news/n1003/04fermi/
这篇本来我是当做稿件发的，由于时间已过，所以没被采用
由于这篇是稿件，所以不能拘泥于老外的思维，也就是说不是逐字逐句翻译，必须将原文翻译完后再排版


附一张截稿时的图，15号就弄好了，24日才在论坛上发出来

这个30%似乎值得讨论。实际上Fermi之前的EGRET探测器也测量过这个河外弥散伽玛射线背景，而且EGRET测量的结果比Fermi的更加高一些，人们也整出了各种各样的理论解释，其中就包括AGN，现在Fermi给出一个更低的结果，用AGN却解释不了了。我想这个结果还需要更加仔细的讨论。

翻译的有些内容值得商榷，应该更加准确一些。如
“伽玛射线是最强的一类射线，对深空天体伽玛射线的探测主要由美国国家航空航天局费米伽玛射线空间望远镜来执行，天文学家过去认为伽玛射线几乎都是来自位于活跃星系内黑洞产生的高速带电粒子喷流。”
应该这样更好：
“伽玛射线是最高能的一种辐射。在美国国家航空航天局费米伽玛射线空间望远镜做出的发现之前，天文学家认为河外的伽玛射线背景几乎完全来自于活跃星系内黑洞产生的高速带电粒子喷流。”

“对深空天体伽玛射线的探测主要由美国国家航空航天局费米伽玛射线空间望远镜来执行”是不对的，在费米望远镜之前以及现在都有很多别的望远镜在探测深空天体的伽玛射线。EGRET就是一个例子。

“其会很快衰变成两束伽玛射线线。”
“其会很快衰变成两个伽玛光子。”

“假设伽玛射线背景是由众多活跃的星系所发出的，然而这些星系距离又太远。但是对附近活动星系核AGN进行伽玛射线测量，例如巨大的M87椭圆星系，他们发现这些活动星系核产生的伽玛射线较少，而且数量也不够，不足以将系外伽玛射线背景值维持在1-1000亿电子伏特。事实上，这些活动星系核产生的伽玛射线只占全景的30%。那另外70%哪儿去了呢？据我们观测结果显示，在一般有恒星形成区的星系内，粒子加速处于较主导的地位，因此在最后大尺度结构产生的阶段，粒子加速更为频繁，例如一些集群的合并。目前有一些实例在支持这个理论。在2009年11月，费米伽玛射线望远镜在M82星系（NGC3034），NGC253以及大麦哲伦星云中最大的恒星形成区蜘蛛星系中探测到了星爆产生的伽玛射线喷射。”
“通常人们假设这些伽玛射线背景是由大量的由于距离遥远而无法分辨的活动星系辐射的伽玛射线叠加构成。但是对附近的活动星系核，例如巨椭圆星系M87，辐射的伽玛射线观测发现这些活动星系核产生的伽玛射线太少，根本不足以解释观测到的1-1000亿电子伏特的伽玛射线背景辐射。事实上，这些活动星系核产生的伽玛射线只贡献了观测值的30%。”
“那另外70%是哪里来的呢？正常的恒星形成星系中的粒子加速是一个很强有力的竞争理论，此外在大尺度结构的并合阶段发生的粒子加速也有可能提供这种弥散伽玛射线。目前已有一些物理证据支持这些伽玛射线来自于恒星形成星系这个理论。2009年11月，费米伽玛射线望远镜宣布在邻近星暴星系M82（NGC3034），NGC253，以及大麦哲伦星云中最大的恒星形成区蜘蛛星云中探测到了伽玛射线辐射。”

“另外，还有个普适性的理论，如果暗物质就是标准模型中未知的某种亚原子粒子，那么两个暗物质粒子的碰撞将产生伽玛射线。然而我们目前对暗物质还知之甚少，一些假设理论还不能得到验证和排除。”
“另外还有一个更加大胆的理论，即如果暗物质就是标准模型中某种未知的亚原子粒子，那么两个暗物质粒子的碰撞将产生伽玛射线。在我们对暗物质知道得更多之前，尚不能排除这样的解释。”

后来再去读了一下Fermi关于这个30%的一篇详细的文章, 大概明白他们的意思是: 根据Fermi探测器测量得到的blazar的数目和流强分布(logN-logS), 进行外推直至流强为零, 积分所有的低于Fermi探测器灵敏度的此类源(blazar)的贡献, 得到其流强低于观测值的30%. 也就是说, 未分辨的blazar对河外弥散伽玛射线的贡献小于30%.

但是, 这并不是说所有AGN的贡献小于30%, 他们在文章最后也讨论到, 射电宁静的AGN也可能有较大的贡献.

http://arxiv.org/abs/1003.0895