為什么其他星系的很多光子沒有到達地球？包括伊曼紐爾·康德·波羅的海聯(lián)邦大學（IKBFU）物理和數(shù)學科學與信息技術(shù)研究所副教授Andrey Savelyev在內(nèi)的一個國際科學家小組，改進了一個計算機程序，該程序有助于模擬光子與星際空間中溢出氫相互作用時的行為，其研究成果發(fā)表在《皇家天文學會月刊》上。

在宇宙中，有像“耀變體”這樣的銀河系外物體，它們能產(chǎn)生強大的伽馬射線流，來自這條伽馬射線流中光子的一部分直接到達地球。

而另一部分在途中轉(zhuǎn)化為電子，然后再轉(zhuǎn)化為光子，然后才到達我們這里。這里的問題是，數(shù)學計算表明一定數(shù)量的光子應(yīng)該到達地球，但實際上它要少得多。科學家們今天對為什么會發(fā)生這種情況有兩種解釋：第一種是光子在轉(zhuǎn)換成電子之后（這是眾所周知的，與中性光子、帶電粒子形成對比）落入磁場，偏離其路徑，即使在再次轉(zhuǎn)換成光子之后也不會到達地球。第二個種解釋了飛向我們地球的粒子行為，不是通過它們與電磁場的相互作用，而是通過接觸星際空間中“溢出”的氫。

許多人認為太空是完全空的，星系之間什么也沒有。事實上，等離子體狀態(tài)下存在大量的氫，換句話說，就是非常濃的氫。本研究是關(guān)于粒子如何與等離子體相互作用的，有一個特殊的計算機程序可以計算星際空間中粒子行為的模型。研究人員通過與等離子體相互作用事件發(fā)展的幾個可能選項，改進了這個程序。不幸的是，目前還不可能從經(jīng)驗上驗證這些計算，因為人們還沒有學會如何在地球上創(chuàng)造極端的空間條件，但副教授安德烈·薩維利耶夫（Andrey Savelyev）相信：

總有一天這會在某種程度上成為可能。值得注意的是，盡管這些研究結(jié)果是所謂的“純科學”，但它們在理論上可以在未來應(yīng)用于實踐，這一點很重要。等離子態(tài)，是物質(zhì)的第四種狀態(tài)（除了氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)之外），而且研究起來非常困難。與此同時，人類對它寄予厚望，因為它是一種廉價且非常強大的能源。研究對收集等離子體知識做出了小小的貢獻，也許它們將有助于開發(fā)有效的核聚變。來自耀變體的相對論噴流，被認為是非常高能量伽馬射線(VHEGR)的來源。

在星系間空間傳播過程中，伽馬射線與無處不在的宇宙學光子場，如河外背景光(EBL)和宇宙微波背景光(CMB)相互作用，產(chǎn)生電子-正電子對。這些對可以通過逆康普頓(IC)散射將CMB/EBL光子上散射到高能量，從而繼續(xù)級聯(lián)過程。這通常用于設(shè)置星系間磁場(IGMF)的限制。然而，如果等離子體不穩(wěn)定性（由于對與星系間介質(zhì)(IGM)的相互作用而產(chǎn)生）冷卻電子/正電子的速度比逆康普頓散射更快，則可能會發(fā)生變化。

因此，對星系間磁場失去的動能，可能導致在低于～100GeV能量下觀察到的伽馬射線譜硬化。新研究了幾種不穩(wěn)定的類型和模型，并評估了它們對解釋遙遠“耀變體”觀測的影響。研究結(jié)果表明，等離子體不穩(wěn)定性可以描述一些“耀變體”的光譜并模擬星系間磁場效應(yīng)，這取決于諸如物體的本征光譜、星系間磁場的密度和溫度以及光束的光度等參數(shù)。同時還發(fā)現(xiàn)對于基準組參數(shù)，等離子體不穩(wěn)定性對所研究的一些“耀變體”光譜沒有重大影響。

博科園｜研究/來自：伊曼紐爾·康德·波羅的海聯(lián)邦大學

參考期刊《皇家天文學會月刊》

DOI: 10.1093/mnras/stz2389

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