费米太空望远镜

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费米太空望远镜 NASA最新的太空望远镜,也就是先前的GLAST,已经出色地完成了轨道测试,开始进行探索狂暴难料的伽玛射线宇宙的使命。它以一个新的名字开始了工作:26日,NASA宣布,GLAST更名为费米伽玛射线太空望远镜,以纪念高能物理学的先驱者——恩里科·费米教授(1901-1954)。
中文名
费米太空望远镜
外文名
?NASA
使????命
探索狂暴难料的伽玛射线宇宙
升空时间
2008年6月
别????称
恩里科·费米
所属国家
美国
成????就
验证爱因斯坦光速理论

费米太空望远镜简介

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2008年6月发射升空。这台世界上最强大的望远镜是通过高能伽马射线观察宇宙,最初这个天文台被称作“伽马射线广域空间望远镜”(Gamma-ray Large Area Space Telescope),但是当这台望远镜建成后开始正常运行时,人们又根据意大利科学家恩里科·费米的名字给它重新命名。
由于有了美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜,不久后人们可能会对超大质量黑洞、暗物质和被称作伽马射线爆的神秘爆炸等一些宇宙中最令人费解的现象有更多了解。

费米太空望远镜名称

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新名字为“费米伽马射线太空望远镜”。选择这一名称是为了纪念高能物理学领域的先驱者、美籍意大利裔诺贝尔物理奖获得者恩里科·费米(1901~1954)。费米是第一位对宇宙粒子如何被加速到高速做出推测的科学家,他的理论为认识“费米”望远镜所要揭示的新现象奠定了基础。科学家们希望“费米”能通过观测高能伽马射线来发现众多新的脉冲星,揭示超大质量黑洞的内部机理,并有助于物理学家寻找新的自然定律。
费米太空望远镜的伽玛射线巡天图 费米太空望远镜的伽玛射线巡天图

费米太空望远镜原理

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伽马射线代表着宇宙中光线的最强能量形式,它通常产生于以很快的速度抛出物质的来源,如巨大的黑洞。短期的伽马射线爆发特别的一点在于它证实了爱因斯坦的一个观点,也就是无线电波,红外线,可见光,X射线和伽马射线在太空中均以相同的速度传播。
根据科学家们建立的理论,时空在比电子还小万亿倍的极小的物理尺度下呈动态的“泡沫”结构。模型预测这种泡沫时空会产生高能的伽马射线,其速度比更低能量的光子还要慢——这项预测也经过了太空望远镜观测的验证。
物理学家们很乐意用一种能涵盖所有基本力的概念来取代爱因斯坦在相对论中表述的引力的观点。有很多设想,但是很难找到方法去验证它们。”
费米观测到GRB 090510事件的时间是5月10日,天文学家推断伽马射线爆发很可能来源于73亿光年外的两颗中子星的碰撞. 特别是有两粒伽马射线光子的能量级相差有上百万倍。然而,在穿越了70亿光年的距离后,这对光子到达费米探测器的时间差不过0.9秒。
观测到的事实排除了一项新的引力理论,这项理论预测能量的强弱取决于光速的改变。
费米发现的这一千个伽马射线源较以往所知的数量多了五倍,其中一些的能量之强已经打破了纪录。例如,GRB 090510伽马射线源以光速的99.99995%的速度抛出物质。之前观测到的能量最强的伽马射线来自GRB 090902B,为334亿电子伏——约为可见光能量的130亿倍。
能量第三的伽马射线源GRB 080916C,其能量足可匹敌9000 颗超新星爆炸。如果你觉得这还不能令人疯狂的话,想象一下,伽马射线爆发还能够产生被称为“鬼粒子”的中微子。 (中微子:核反应和超新星爆发中产生的一种粒子,比原子更基本,质量很小或没有质量,几乎不与物质发生作用;中微子不带电荷,运动速度达到(如果其质量为零)或接近光速(如果其具有质量)。)

费米太空望远镜仪器

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在望远镜发射后的两个月里,科学家对其两台仪器进行了测试和标校。这两台仪器分别是“大区域望远镜”(LAT)和“GLAST暴发监测器”(GBM)。LAT仪器团队当天展示了一幅全天空图像,上面有银河系灼热的气体、闪烁的脉冲星和数十亿光年以外一个闪耀的星系。这幅图像是利用该仪器95小时的最初观测结果制成的,而利用NASA已退役的“康普顿伽马射线观测台”制成类似图像要花数年的观测时间。由于“费米”灵敏度极高,所以一些新发现肯定会接踵而至。LAT以“巡天模式”工作时,可每3小时对整个天空扫描一遍。在头一年的工作过程中,“巡天模式”将占去该望远镜绝大部分的观测时间。这些“快照”将使科学家能对伽马射线宇宙所特有的快速变化进行监测。LAT对能量为20兆电子伏到超过300吉电子伏的光子敏感。这一能量区间的上限部分(相当于牙科用X射线能量的500多万倍)目前基本上还未得到探测。
作为“费米”上的另一台仪器,GBM仅在头一个月的工作中就已探测到31次伽马射线爆发。这些高能爆炸现象发生于大质量恒星死亡或做轨道运行的中子星以螺旋方式相互靠近并融合起来之时。GBM所能敏感到的伽马射线能量要低于LAT,从而可为观测宽大的伽马射线谱区提供补充。两台仪器联合起来,有可能会最终揭开伽马射线暴某些最难解的秘密。

费米太空望远镜运作

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在比可见光能量要高上五千万倍的伽玛射线波段巡天,费米太空望远镜的大面积相机(LAT)正探索着高能波段宇宙。上面这张全天图,是用大面积相机在2008年8月4日到10月30日所取得的数据建构出来的。和以往类似的太空观测任务比较,这是一幅更深、解析度更高的伽玛射线全天图。费米望远镜的伽玛射线天空有那些明亮光源?最近一篇论文描述了其中最亮的205个伽玛射线源,而上面影像呈现了其中最亮的十颗∶五颗位在我们银河系内,另五颗在银河系外。在我们银河系内有∶在观测期间拖曳出一道弧线的太阳、离我们约6,500光年的X射线双星LSI +61303,在伽玛射线才能见到闪烁的波霎PSR J1836+5925、离我们约15,000光年远的球状星团杜鹃座47(47Tuc)、及一颗位在银河盘面中心点上方的未知伽玛射线源。这个未知光源很有趣,因为它是个变光源,而且在其他波段都找不到和它对应的天体。在我们银河系外的亮源有∶离我们约二亿三百万光年远英仙座星系团中心的大型星系NGC1275、和3C 454.3、PKS1502+107、PKS0727-115等三个离我们有数十亿光年远的活跃星系,第五个则是一个位在银河盘面下方的未知光源,它的本质为何仍是个待解之谜团。

费米太空望远镜成就

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费米太空望远镜验证爱因斯坦光速理论

2009年10月29日消息,据美国太空网报道,美国航天局“费米伽马射线空间望远镜”在一年来的观测中,发现了最新的高能光线,从而证明了爱因斯坦关于光速理论的正确性。
费米空间望远镜是去年才发射升空的最新天文望远镜,致力于探寻宇宙中最剧烈的大爆炸所产生的伽马射线。最新的发现令科学家能够看到实验室中无法复制的高能光线的作用,从而能帮助科学家更清晰地研究爱因斯坦的相对论。
“爱因斯坦在其相对论中提出了万有引力观念,但有些物理学家总喜欢用其他力的来源取而代之。”加州帕罗奥多斯坦福大学科学家、费米广域望远镜(LAT)首席观测师皮特-迈克逊说:“人们有各种各样的想法,但缺乏途径来进行验证。”

费米太空望远镜相对论是正确的

许多试图证明万有引力理论的努力都将时空关系描绘成一种飘忽不定的空洞结构,在物理层级上比电子还要微小数万亿倍。这样的模型打破了爱因斯坦的假设,即所有的电磁辐射—无线电波、红外线、可见光、X-射线和伽马射线在通过真空时速度是相同的:即都是以光速运行。
2009年5月10日,费米望远镜和其他探测卫星观测到一次所谓的“短伽马射线爆发”,被命名为“GRB 090510”(GRB:伽马射线暴的英文缩写)。天文学家认为这种爆炸发生在中子星相撞时。进一步研究表明爆炸发生在73亿光年外的星系中。
费米广域望远镜观测到了2.1秒的剧烈爆炸,放射出很多伽马射线量子,形成两股巨大能量流,其中一股比另一股高出近一百万倍。经过70多亿光年的旅行,它们之间的速度仅有0.9秒的差别。
“此次研究结果排除了任何关于万有引力理论的新观点,即有人认为超高能量会导致光速发生变化。”迈克逊说:“在十亿亿分之一内,两股量子的速度都是一致的。爱因斯坦的相对论是正确无误的!”
创造新的记录
费米望远镜的次级装置伽马射线监视器在超过250次的爆炸中发现了低能量伽马射线。广域望远镜则观测到12次的高能爆炸,其中三次还创下了新的记录。
上文提到的GRB 090510是观测到的最远爆炸,释放出的物质以光速的99.99995%运行。9月份观测到的GRB 090902B是放射出的伽马射线能量最高的爆炸,释放出相当于334亿伏特的电量,是可见光能量的130亿倍!去年观测到的GRB080916C释放出的总能量最多,相当于诞生了9000个超新星!
前景无限
广域望远镜每三小时会扫描整个天空一次,并为费米天文台的科学家提供越来越详尽的资料,帮助他们不断探索深度宇宙的奥秘。
“我们已经发现了一千多个持续的伽马射线源—比以前知道的高出了5倍。”美国航天局戈达德太空飞行中心科学家朱莉-麦克恩雷说:“我们还利用其它射线与其中的近半数进行了信息互动。”
耀变体是一种遥远的星系,其巨大的黑洞向我们会释放出高速物质流。人们普遍认为已知超过500个的耀变体是伽马射线的主要来源。在银河系内,伽马射线源包括46个脉冲星和两个双子星系。在双子星系中,一颗中子星正围绕一颗炙热的新星高速运行。[1]?

费米太空望远镜系统组成

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GLAST包括大面积望远镜(Large Area Telescope, LAT)和伽玛射线爆监视系统(Gamma-ray Burst Monitor, GBM)。

费米太空望远镜大面积望远镜

大面积望远镜以类似地球上粒子加速器使用的科技侦测个别伽玛射线光子。光子撞到一个薄金属片后成对产生电子-正子对。这些带电粒子通过交错的硅微条探测器后产生电离,造成微小脉动侦测到带电粒子。粒子经过追踪器后进入热量计,其中包含一个以碘化铯晶体制造的闪烁器来测量带电粒子能量。大面积望远镜的视野广达约20%的天空。影像分辨率在天文界属于中等水平;每数角分可侦测最高能量光子,而视野为3°时可侦测100 MeV。大面积望远镜比1990年代康普顿伽玛射线天文台搭载的高能伽玛射线试验望远镜更大且更成功。数个国家参与制造了大面积望远镜的一部分组件,之后各组件送至史丹佛线性加速器中心的国家加速器实验室(SLAC)组合。

费米太空望远镜研制团队

美国研究单位
史丹佛大学物理系GLAST团队和汉生实验物理实验室
SLAC 国家加速器实验室粒子天文物理团队
戈达德太空飞行中心天文物理部门
美国海军研究实验室高能太空环境(High Energy Space Environment, HESE)部门
俄亥俄州立大学物理系
圣塔克鲁兹加利福尼亚大学物理系与粒子物理研究所
索诺马州立大学物理与天文系
华盛顿大学
德州农工大学金士维尔分校
日本研究单位
宇宙航空研究开发机构/宇宙科学研究所
东京大学
东京工业大学
广岛大学
早稻田大学
名古屋大学
意大利研究单位
意大利国家核物理研究所 (INFN)
意大利太空局
Istituto di Fisica Cosmica, Milano, CNR
巴里大学
帕多瓦大学
佩鲁贾大学
比萨大学
罗马第二大学
第里雅斯特大学
乌迪内大学
法国研究单位
法国原子能委员会
法国国家太空研究中心
法国国家核子物理暨粒子物理研究所、IN2P3
巴黎综合理工学院勒普兰斯-林盖实验室
波尔多格兰纳迪尔核研究中心
理论物理学与粒子天文物理实验室,蒙彼利埃
瑞典研究单位
瑞典皇家工学院
斯德哥尔摩大学

费米太空望远镜伽玛射线爆监视系统

伽玛射线爆监视系统是使用14个闪烁器(其中12个是碘化钠晶体,侦测8keV至1MeV;另2个是锗酸铋晶体,侦测150keV至30MeV)的侦测器,可侦测全天空仪器能量范围所有伽玛射线爆,且不受地球阻挡。

费米太空望远镜研究团队

美国研究单位
马歇尔太空飞行中心、阿拉巴马大学亨茨维尔分校
德国研究单位
马克斯-普朗克太空物理学研究所(Max Planck Institut für Extraterrestrische Physik)
参考资料
词条标签:
自然学科 科技 仪器