天文學家以前所未有的細節揭示了宇宙粒子加速器

白矮星是燃燒殆盡的恒星，它們自我坍縮并發展成極其致密的天體。新星事件的發生，例如，當白矮星與一顆大恒星處于一個雙星系統中時，白矮星由于其引力而從其質量更大的同伴那里“吸食”物質。一旦聚集的物質超過一個臨界水平，它就會在白矮星的表面引發一場熱核爆炸。有些新星是已知會重復出現的。RS Ophiuchi就是這些重復出現的新星之一；每隔15到20年就會在其表面發生一次爆炸。“形成該系統的恒星彼此之間的距離大約與地球和太陽相同，”紐倫堡大學的研究員、H.E.S.S新星項目的主要調查員Alison Mitchell解釋說。“當新星在2021年8月爆炸時，H.E.S.S.望遠鏡讓我們第一次在極高能量的伽馬射線中觀察到星系爆炸。”

研究小組觀察到，這些粒子被加速到比以前在新星中觀察到的能量高幾百倍。此外，因爆炸而釋放的能量被極其有效地轉化為加速的質子和重核，因此粒子加速達到了理論模型中計算的最大速度。據該研究的主要作者之一、位于Zeuthen的DESY的博士生Ruslan Konno說：“觀察到粒子加速的理論極限實際上可以在真正的宇宙沖擊波中達到，這對天體物理學有巨大的影響。它表明，加速過程在其更為極端的‘近親’--超新星中也可能同樣有效。”

在RS Ophiuchi爆發期間，研究人員首次能夠實時跟蹤新星的發展，使他們能夠像看電影一樣觀察和研究宇宙粒子加速。研究人員能夠測量高能伽馬射線，直到爆炸后一個月。“這是我們第一次能夠進行這樣的觀測，它將使我們未來能夠更準確地了解宇宙爆炸的工作原理，”日本東京立教大學的理論天體物理學家Dmitry Khangulyan解釋說。“例如，我們可能會發現，新星對永遠存在的大量宇宙射線做出了貢獻，因此對其周圍的動態有相當大的影響。”宇宙射線是巨大的高能亞原子粒子‘雨’，它們同時來自空間的各個方向，其確切的來源并不清楚。

這些測量需要特定的望遠鏡。位于納米比亞的H.E.S.S.設施（代表高能立體系統）由五個切倫科夫望遠鏡組成，用于研究來自太空的伽馬射線。最近在最大的望遠鏡中安裝了一臺新的、高度敏感的先進相機--被稱為FlashCam。FlashCam的設計目前正在為下一代伽馬射線觀測站--切倫科夫望遠鏡陣列（CTA）進行進一步開發。“新相機自2019年底開始使用，這次測量顯示了最新一代相機的潛力有多大，”參與分析相機數據的馬克斯-普朗克核物理研究所的博士生Simon Steinma?l解釋說。

在業余天文學家首次向天體物理學界報告這顆新星后，望遠鏡在很短的時間內被指向了這顆新星。這次觀測的成功在很大程度上歸功于研究人員和更廣泛的天文界的快速反應，為隨后的廣泛觀測鋪平了道路。H.E.S.S.主任Stefan Wagner是海德堡地區觀測站的教授，他解釋說：“在接下來的幾年里，利用CTA望遠鏡的研究將顯示這種類型的新星是否特殊。”此外，研究人員現在對要尋找的東西有了更清晰的認識。這就產生了一些新的可能性，以獲得更好的理解并能更好地解釋與新星有關的事件。“這次測量是伽馬射線天文學的進一步成功，也是一個令人鼓舞的跡象，我們將能夠用H.E.S.S.和未來的伽馬射線望遠鏡研究更多的宇宙爆炸。”