一个煎饼可以捕捉到你把吸管插进去的位置，但需要一整堆才能记录吸管的方向。同样，神户大学的研究人员可以用气球上的一堆放射性敏感胶片精确地成像伽马射线发射脉冲星(天空的灯塔)。为了能够判断悬着的贡多拉相对于恒星的方向，他们增加了一个恒星相机和一个设备来记录伽马射线的影响。来源:神户大学
由气球在空中携带的一堆放射性敏感胶片，能够拍摄到世界上最精确的中子星伽玛射线束照片。这一壮举是由神户大学的研究人员完成的，他们将最早的放射性辐射探测技术与先进的数据捕获技术和创新的计时设备结合在一起。
从红外线到伽马射线，恒星以各种光谱向我们发出光。对于每一个波段，都需要不同的传感设备。最具挑战性的是伽马射线，它以核裂变的高能产物而闻名，因为它们的波长很短，这意味着它们不像其他形式的光那样与物质相互作用，因此不能用透镜偏转，也不能被标准传感器检测到。因此，在探测来自迷人的恒星物体(如超新星及其残余物)的光方面，我们的能力存在差距。
载着望远镜的平底船的气球从澳大利亚爱丽斯泉起飞。资料来源:GRaiNE collaboration
使用摄影胶片的创新方法
为了解决这个问题，神户大学的天体物理学家青木茂木和他的团队求助于最早用于检测放射性的材料——摄影胶片。Aoki解释说:“我们的团队一直专注于乳液薄膜的卓越能力，以高精度追踪伽马射线，并提出通过引入几个现代数据捕获和分析功能，它可以成为一个优秀的伽马射线望远镜。”
基于这些薄膜的高灵敏度和一种新颖的、自动化的、高速的数据提取过程，物理学家们的想法是把一些薄膜叠起来，以准确地捕捉伽马射线在撞击时产生的粒子的轨迹，就像你把一根稻草插进一个煎饼里，一个煎饼可能会捕捉到它的位置，但需要一整堆才能记录吸管的方向。
显影后的一段乳剂胶片。伽玛射线撞击产生的粒子痕迹可以在整个平面上看到细小的灰色点。资料来源:GRAINE collaboration
为了减少大气干扰，他们将一叠薄膜安装在科学观测气球上，将其提升到35至40公里的高度。然而，由于气球在风中摇摆和扭曲，“望远镜”的方向并不稳定，所以他们增加了一组摄像机来记录贡多拉在任何时候相对于恒星的方向。
但这又产生了另一个问题，因为任何曾经拍过长时间曝光照片的人都知道，摄影胶片不会记录时间的流逝，所以不可能直接知道任何给定的伽马射线撞击发生的时间。为了克服这个问题，他们让最下面的三层薄膜以规则但不同的速度来回移动，就像时钟的指针一样。根据这些较低板块中痕迹的相对错位，他们可以计算出撞击的精确时间，从而将其与摄像机的镜头联系起来。
船帆座脉冲星的突破性成像
他们现在已经在《天体物理学杂志》上发表了由这种设置产生的第一张图像。这是船帆座脉冲星有史以来最精确的图像，船帆座脉冲星是一颗快速旋转的中子星，它向天空投射出一束伽马射线，就像夜间的灯塔一样。“我们以1/10,000毫米的精度捕获了总共数万亿个轨道。通过添加时间信息并将其与姿态监测信息相结合，我们能够以如此精确的精度确定事件的'何时'和'何地'，由此产生的分辨率比传统的伽马射线望远镜高40倍以上，”青木总结了他的团队的成就。
船帆座脉冲星的图像。这幅图像的分辨率比以前的分辨率高40倍以上:左下角的圆圈表示脉冲星的图像传播，以便与之前最好的伽马射线图像(不同的恒星物体)的图像传播进行比较，虚线圆圈表示。资料来源:GRAINE collaboration
虽然这些结果已经令人印象深刻，但这项新技术开启了在该波段捕捉更多细节的可能性。神户大学的研究人员解释说:“通过科学的气球实验，我们可以尝试为天体物理学的许多领域做出贡献，特别是为‘多信使天文学’开辟伽马射线望远镜，在这种天文学中，需要通过不同的技术同时测量同一事件。基于2018年气球实验的成功，我们将在即将到来的气球飞行中扩大观测区域和时间，并期待在伽马射线天文学领域取得科学突破。”
参考:“通过GRAINE 2018气球实验对Vela脉冲星进行的首次乳剂γ射线望远镜成像”作者:高桥聪、青木茂树、井野敦、清野绫子、小谷良介、小松正宏、小宫山正宏、黑津健二、丸岛敏广、松田孝太、森岛国弘、森下佐明、长泽直隆、中村光弘、中村元也、中村隆弥、中野信之、中野俊之、中泽一间、西尾明、小田美之、Hiroki Rokujo, Osamu Sato，杉村Kou, Suzuki Atsumu，鸟井Mayu，山本Saya和Yoshimoto, 2023年12月21日，《天体物理学杂志》。1538 - 4357 . DOI: 10.3847 / / ad0973
这项工作得到了JSPS KAKENHI基金17H06132、18H01228和18K13562的支持。这项研究是与冈山科学大学、爱知教育大学、名古屋大学和岐阜大学的研究人员合作进行的。
分享
推特
电子邮件
分享
以前的文章
更多关于sciitechdaily
地球
地球
技术
空间
生物学
空间
健康
空间
