这幅艺术家的概念图展示了整个天空的伽马射线和洋红色的圆圈，说明了方向的不确定性，从这个方向来看，比平均水平更多的高能伽马射线似乎到达了。在这个视图中，我们银河系的平面横跨地图的中间。圆圈包围的区域有68%(内部)和95%的可能性包含这些伽马射线的起源。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心
美国宇航局的费米望远镜数据显示，银河系外有一个令人惊讶的伽马射线信号，可能是1与最具能量的宇宙粒子有关，并暗示了新的，未知的宇宙现象。
天文学家分析了美国宇航局费米伽马射线太空望远镜13年来的数据，发现了银河系外一个意想不到的、尚未解释的特征。
“这完全是一个偶然的发现，”马里兰大学和位于格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的宇宙学家亚历山大·卡什林斯基(Alexander Kashlinsky)说，他在新奥尔良举行的美国天文学会第243次会议上介绍了这项研究。“我们发现了一个比我们寻找的信号更强的信号，而且是在天空的另一部分。”
伽马射线信号和宇宙之谜
有趣的是，伽玛射线信号的方向和大小与另一个无法解释的特征相似，这个特征是由一些迄今为止探测到的能量最高的宇宙粒子产生的。
一篇描述这一发现的论文发表在1月10日的《天体物理学杂志通讯》上。
为了分析银河系外的伽马射线背景，科学家们结合了费米大面积望远镜13年来对大约30亿电子伏特(GeV)以上的伽马射线的观测，移除了所有离散源，并剥离了银河系的中心平面。对结果数据的分析显示，在天空的一部分，到达的高能伽马射线比平均水平要多。方向还不清楚。圆圈表示的区域有68%和95%的可能性包含一种分析方法的这些伽马射线的起源。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心
研究宇宙微波背景
该团队正在寻找与宇宙中最古老的光CMB(宇宙微波背景)相关的伽马射线特征。科学家们说，当热的、膨胀的宇宙冷却到足以形成第一批原子时，CMB就产生了，这一事件释放了一束光，这是第一次有可能渗透到宇宙中。在过去的130亿年里，由于随后的空间膨胀，这种光首次被探测到是在1965年，以微弱的微波的形式遍布天空。
微波背景中的偶极子结构
在20世纪70年代，天文学家意识到CMB具有所谓的偶极子结构，后来由美国宇航局的COBE(宇宙背景探测器)任务进行了高精度测量。微波背景朝狮子座方向的温度比平均温度高0.12%，微波背景朝狮子座方向的温度比平均温度低0.12%，微波背景朝狮子座方向的温度比平均温度低0.12%。为了研究宇宙微波背景中微小的温度变化，必须去除这个信号。天文学家通常认为这种模式是由于我们自己的太阳系相对于CMB以每秒230英里(370公里)的速度运动的结果。
这种运动将在来自任何天体物理源的光中产生偶极子信号，但到目前为止，CMB是唯一被精确测量到的。通过寻找其他形式的光的模式，天文学家可以证实或挑战这个想法，即偶极子完全是由于我们的太阳系的运动。
西班牙萨拉曼卡大学理论物理学教授、论文合著者费尔南多·阿特里奥·巴兰德拉(Fernando Atrio-Barandela)说:“这样的测量很重要，因为与CMB偶极子的大小和方向存在分歧，可以让我们一瞥宇宙早期的物理过程，可能追溯到宇宙诞生不到万亿分之一秒的时候。”
该团队正在寻找一种伽马射线信号，这种信号与我们的太阳系相对于CMB每秒230英里(370公里)的运动有关，这被广泛认为是它所显示的偶极子发射的原因。相反，他们发现的是一个伽马射线信号，比我们银河系运动时预期的强10倍，而且距离宇宙微波背景偶极子很远。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心
伽马射线偶极子令研究人员惊讶
研究小组推断，通过将费米大面积望远镜(LAT)多年来的数据加在一起，可以在伽马射线中探测到相关的偶极子发射模式。LAT每天扫描整个天空多次。由于相对论的影响，伽马射线偶极子应该比目前探测到的CMB放大5倍。
科学家们结合了13年来费米LAT对大约30亿电子伏特(GeV)以上的伽马射线的观测;相比之下，可见光的能量在2到3电子伏特之间。为了分析银河系外的伽马射线背景，他们移除了所有已分辨和确定的来源，并剥离了银河系的中心平面。
“我们发现了一个伽马射线偶极子，但它的峰值位于南部天空，远离CMB，它的大小比我们从我们的运动中预期的要大10倍，”克里斯·施雷德说，他是华盛顿美国天主教大学和戈达德的天体物理学家。“虽然这不是我们所寻找的，但我们怀疑它可能与报道的最高能量宇宙射线的类似特征有关。”
宇宙射线是加速带电粒子——主要是质子和原子核。最稀有、能量最高的粒子被称为uhecr(超高能宇宙射线)，其携带的能量是3gev伽马射线的10亿多倍，它们的起源仍然是天体物理学中最大的谜团之一。
上图:银河系外伽玛射线的全天空图，其中我们银河系的中心平面(已被删除的数据以深蓝色显示)横跨中间。红点和圆圈表示比平均水平更多的伽马射线到达的大致方向。下图:类似的全天图显示了阿根廷皮埃尔·奥格天文台探测到的超高能宇宙射线的分布。红色表示粒子数量大于平均值的方向，蓝色表示粒子数量小于平均值的方向。这个视频将费米图叠加到宇宙射线图上，说明了偶极子方向的相似性。资料来源:Kashlinsky et al. 2024和Pierre Auger Collaboration
l。绘制伽马射线和宇宙射线
自2017年以来，阿根廷的皮埃尔·奥格天文台报告了uhecr到达方向的偶极子。由于是带电的，宇宙射线会因能量不同而被星系磁场改变不同的方向，但超hecr偶极子在天空中的峰值位置与卡什林斯基团队在伽马射线中发现的位置相似。两者的量级惊人地相似——来自一个方向的伽马射线或粒子比平均水平多7%，而来自相反方向的伽马射线或粒子也相应少一些。
科学家们认为这两种现象很可能是有联系的——目前尚未确定的来源同时产生了伽马射线和超高能粒子。为了解决这个宇宙难题，天文学家必须找到这些神秘的来源，或者为这两种特征提出另一种解释。
参考文献:“探测漫射伽马射线背景的偶极子”，作者:A. Kashlinsky, F. Atrio-Barandela和C. S. Shrader, 2024年1月10日，《天体物理学报快报》。2041 - 8213 . DOI: 10.3847 / / acfedd
费米伽玛射线空间望远镜是由戈达德管理的天体物理学和粒子物理学合作项目。费米是与美国能源部合作开发的，法国、德国、意大利、日本、瑞典和美国的学术机构和合作伙伴也做出了重要贡献。
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