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    怪不得星空那么黑,宇宙中的很多光子,还没到达地球就消失了

    博科园:本文为天文学类

    为什么其他星系的很多光子没有到达地球?包括伊曼纽尔·康德·波罗的海联邦大学(IKBFU)物理和数学科学与信息技术研究所副教授Andrey Savelyev在内的一个国际科学家小组,改进了一个计算机程序,该程序有助于模拟光子与星际空间中溢出氢相互作用时的行为,其研究成果发表在《皇家天文学会月刊》上。在宇宙中,有像“耀变体”这样的银河系外物体,它们能产生强大的伽马射线流,来自这条伽马射线流中光子的一部分直接到达地球。

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    而另一部分在途中转化为电子,然后再转化为光子,然后才到达我们这里。这里的问题是,数学计算表明一定数量的光子应该到达地球,但实际上它要少得多。科学家们今天对为什么会发生这种情况有两种解释:第一种是光子在转换成电子之后(这是众所周知的,与中性光子、带电粒子形成对比)落入磁场,偏离其路径,即使在再次转换成光子之后也不会到达地球。第二个种解释了飞向我们地球的粒子行为,不是通过它们与电磁场的相互作用,而是通过接触星际空间中“溢出”的氢。

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    许多人认为太空是完全空的,星系之间什么也没有。事实上,等离子体状态下存在大量的氢,换句话说,就是非常浓的氢。本研究是关于粒子如何与等离子体相互作用的,有一个特殊的计算机程序可以计算星际空间中粒子行为的模型。研究人员通过与等离子体相互作用事件发展的几个可能选项,改进了这个程序。不幸的是,目前还不可能从经验上验证这些计算,因为人们还没有学会如何在地球上创造极端的空间条件,但副教授安德烈·萨维利耶夫(Andrey Savelyev)相信:

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    总有一天这会在某种程度上成为可能。值得注意的是,尽管这些研究结果是所谓的“纯科学”,但它们在理论上可以在未来应用于实践,这一点很重要。等离子态,是物质的第四种状态(除了气态、液态和固态之外),而且研究起来非常困难。与此同时,人类对它寄予厚望,因为它是一种廉价且非常强大的能源。研究对收集等离子体知识做出了小小的贡献,也许它们将有助于开发有效的核聚变。来自耀变体的相对论喷流,被认为是非常高能量伽马射线(VHEGR)的来源。

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    在星系间空间传播过程中,伽马射线与无处不在的宇宙学光子场,如河外背景光(EBL)和宇宙微波背景光(CMB)相互作用,产生电子-正电子对。这些对可以通过逆康普顿(IC)散射将CMB/EBL光子上散射到高能量,从而继续级联过程。这通常用于设置星系间磁场(IGMF)的限制。然而,如果等离子体不稳定性(由于对与星系间介质(IGM)的相互作用而产生)冷却电子/正电子的速度比逆康普顿散射更快,则可能会发生变化。

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    因此,对星系间磁场失去的动能,可能导致在低于∼100GeV能量下观察到的伽马射线谱硬化。新研究了几种不稳定的类型和模型,并评估了它们对解释遥远“耀变体”观测的影响。研究结果表明,等离子体不稳定性可以描述一些“耀变体”的光谱并模拟星系间磁场效应,这取决于诸如物体的本征光谱、星系间磁场的密度和温度以及光束的光度等参数。同时还发现对于基准组参数,等离子体不稳定性对所研究的一些“耀变体”光谱没有重大影响。

    怪不得星空那么黑,宇宙中的很多光子,还没到达地球就消失了

    博科园|研究/来自:伊曼纽尔·康德·波罗的海联邦大学

    参考期刊《皇家天文学会月刊》

    DOI: 10.1093/mnras/stz2389

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