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壹顆脈沖星正在向太空發射長達7光年的反物質流

有壹句格言,“大自然從不畫直線。”

事實證明,這只是大部分情況下是正確的,或者非常接近。例如,壹顆只有幾十公裏寬的恒星的小BB發出了壹束相當直的物質和反物質束,延伸到令人震驚的7光年——70萬億公裏!

這是……很長。即使從我們1600光年的距離來看,光束的大小也只有天空中滿月的壹半。確實很長。

脈沖星PSR J2030+4415釋放出壹股粒子風(藍色,顯示x射線),它吹向恒星之間的氣體(紅色,顯示氫氣),在它移動的過程中產生了壹個弓波。

這種現象的罪魁禍首是壹顆名為PSR J2030+4415的脈沖星。脈沖星是中子星,是壹顆大質量恒星爆炸成超新星的核心密度極高的屍體。恒星的外層被炸開了,但核心本身坍塌了。如果核心的質量不到太陽的三倍,它將變成壹個大約20公裏寬的中子球。這使得它的密度極高;它的壹立方厘米將有大約1億噸的質量,大約相當於妳把美國的每壹輛 汽車 都壓碎,直到它們加在壹起有壹個方糖那麽大。

中子星非常小,密度也非常大,把太陽的質量壓縮成壹個直徑只有幾公裏的球。這幅畫描繪了壹個與曼哈頓相比的城市。

中子星旋轉速度快,磁場強大,比地球磁場強數萬億倍。這就產生了許多不同的現象;壹種解釋是,這壹過程產生了難以置信的強輻射,這些輻射從恒星的磁極發射出去,由於中子星的旋轉,這些輻射像壹對燈塔光束壹樣在天空中掃過。當這些光束經過地球時,我們會看到壹個光點,壹個脈沖,因此我們稱之為脈沖星。

脈沖星還吹出了壹股非常強大的帶電亞原子粒子風,這種風被異常強大的磁場加速。粒子以光速的很大壹部分的速度向外移動。如果脈沖星周圍的恒星之間漂浮著氣體,這股風就會猛烈撞擊它,產生壹個不斷膨脹的氣泡。如果脈沖星相對於氣體運動,氣泡實際上更像是弓形波,就像船首移動時產生的水中波。

脈沖星PSR J2030+4415最近沖破了自己的弓形波,使其強大的磁場與銀河系的磁場相連接。這導致電子和正電子高速噴射,然後發射出x射線(藍色的,指向右下角),形成壹束長達7光年的長束。這裏只顯示了梁的壹部分;它的範圍遠遠超出了這張圖片的大小。

這正是我們在包括PSR J2030+4415在內的幾顆脈沖星上看到的情況。但在這種情況下,它變得有點復雜。由於某種原因,脈沖星前面膨脹的波停止了,而脈沖星的向前運動實際上使它突破了波的前面。過去10年左右的觀察表明,這種爆發發生在大約20 - 30年前!從那時起,壹個新的氣泡就形成了,壹個小氣泡正在船頭波的尖端膨脹。

恒星之間的氣體被稱為星際介質,也有壹個與之相關的磁場。磁場非常弱,只有地球磁場的五萬分之壹強,但它延伸的距離很大,所以它對氣體有很大的影響。

當脈沖星沖破自己的弓形波時,它的磁場可以直接與周圍氣體的磁場相連。這樣的相互作用極其復雜,但最終會導致泄漏,就像在高壓軟管上刺穿壹個洞壹樣。脈沖星風中的亞原子粒子沖出這個洞,以大約三分之壹光速呼嘯而去,進入星際介質。

在x射線中,脈沖星的燈絲伸展到驚人的7光年。白色方框表示上述光學圖像的大小。

當它們這樣做時,它們與氣體的磁力線相互作用。帶電粒子像電線上的珠子壹樣繞著磁力線旋轉,當它們這樣做時就會發出輻射。這些粒子的能量以x射線的形式出現,錢德拉x射線天文臺觀測到這些小光斑排成壹條7光年長的直線。從某種意義上說,它們點亮了壹根燈絲,銀河系中壹條單壹的磁場線,就像壹根弦上的聖誕彩燈。

在這種情況下,粒子都是電子,它們的反物質等價物被稱為正電子,正電子就像電子,但帶正電荷。

所以我們現在看到的是由脈沖星驅動的以星系磁場為焦點的物質和反物質光束延伸70萬億公裏大到只要我們的眼睛能看到x射線我們就可以用肉眼看到。這很酷。

碰巧的是,最近有壹些觀測顯示,反物質正電子撞擊地球大氣層的數量比我們預期的要多,考慮到我們對能夠產生反物質正電子的天體物理來源的了解,這並不危險,因為反物質正電子的數量非常少,但它仍然很奇怪。脈沖星以這種方式將它們泄漏到銀河系磁場中,可能可以解釋這種過剩現象。這壹點目前還不清楚,但這是壹個有趣的想法。

宇宙是壹個神奇的地方,充滿了不可思議的物體,它們被賦予了巨大的能量,可以創造出既奇怪又可以理解的機制和結構,如果妳懂正確的數學和物理的話。宇宙讓我們很難弄清楚這些事情,但這也是其中的樂趣之壹。