觀測X射線 科學家證實熱氣泡包圍地球

2014-08-28 12:38
超新星爆炸形成的本地泡(取自YouTube)
超新星爆炸形成的本地泡(取自YouTube)

美國邁阿密大學領導的跨國團隊透過探空火箭,對包圍地球的X射線進行分析,發現大部分的輻射來自太陽系之外。這個結果證明了地球與整個太陽系身處銀河超新星爆炸遺留的「能量泡泡」之中。科學家相信,這個發現有助我們建立未來的銀河模型。

這個泡泡被稱為「本地泡」(Local Bubble),形狀近似花生,長度約300光年。氣體濃度非常低,每立方公分只有0.001個原子,但其溫度可達100萬度。

本地泡大約在1970、80年代被發現。當時天文學家希望更加了解星際介質(interstellar medium);這是在星球與星體之間的物質,包含一些氣體、塵埃與離子等,雖然密度很低,但顯示星際之間並非一無所有。同時,研究X射線的天文學家透過探空火箭與衛星,發現地球被四面八方而來的X射線包圍。

這就像是地球被一個大泡泡包圍,且支持了地球被星體爆炸的高溫氣體包圍的這個假設。大約1000萬年前,太陽系附近(26光年)的一團超新星爆炸。超新星爆炸會釋放出非常大的能量,瞬間能量便超過太陽100萬年釋放的能量。當時人類還沒有在地球上出現,這次爆炸與地球的距離夠遠,因此沒有滅亡人類的始祖大猩猩;但也足夠近到將太陽系納入爆炸後氣體的範圍內。

克卜勒超新星爆發後的超新星殘骸(維基百科)

然而,過去10年中,有些科學家挑戰了這樣的看法,認為宇宙背景中的X射線也可能是電荷交換(Charge exchange)的結果。電荷交換基本上是當帶電的太陽風與中性氣體相遇時,太陽風會帶走氣體中的電子,這個過程釋放出的X射線與超新星的光芒看起來非常類似。科學家藉由彗星觀察,也已經記錄到許多次電荷交換的現象。

為了確定地球四周的X射線究竟是太陽系中電荷交換(charge exchange)的結果,或是長遠的超新星爆炸證據,由邁阿密大學物理學教授蓋里阿齊(Massimiliano Galeazzi)領導的一組跨國團隊,研發了一具X射線偵測器「DXL」(Diffuse X-ray emission from the Local Galaxy),可以透過星際的「氦集中錐」(helium focusing cone)區辨這2種X射線。

(取自YouTube)

2012年12月,DXL搭載在「黑雁」(Black Brant)探空火箭上,自美國新墨西哥州白沙飛彈靶場發射。它在地球大氣層上方停留了5分鐘,紀錄所需的資料。研究結果於7月27日線上發表於《自然》(Nature)期刊:只有約4成的弱X射線(soft X-ray )在太陽系中生成,也就是說,宇宙背景中大部分的X射線是來自本地泡的熱氣體,也就是太陽系外的超新星爆炸遺跡。

蓋里阿齊教授相信,這是一個相當重要的發現,可以幫助我們更加了解靠近太陽系的銀河區塊,並成為建立銀河架構模型的基礎資訊之一。研究團隊計畫在2015年12月再次將DXL送上空中,加強功能的它將能對宇宙輻射進行更深入的分析。

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