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2009-3-2

宇宙背景辐射面面观·短波篇

归档于: 天文空间科学, 知识理论 @ 6:38 pm

之前讲过从射电到红外波段的宇宙背景辐射,这次介绍从可见光到伽玛射线波段的短波辐射。比起长波背景,短波相关的资料比较少,先在这里搭个框架,把已经查到的信息择其要叙述,细节就留给今后补充吧。

 

紫外/可见光背景辐射

在紫外/可见光波段,对宇宙背景贡献最大的是来自中等红移至高红移区的年轻恒星热辐射,其余则是活动星系核的热辐射与非热辐射。在部分波段,辐射谱可以通过对星系辐射进行的累加得到。显然这样的辐射与恒星和星系自身的演化历史有着密切的关联。

在紫外(1000至3000埃)波段,又叠有大量的河内辐射。自太空时代的开端,远紫外背景就是天文学家所关注的话题。20世纪80年代的阿波罗-联盟计划第一次给出了可靠的数据,并揭示出辐射强度与银河系中性氢柱密度的相关性,一般认为这是星际尘埃散射星光所致。剩余的各向同性成分即被归结为宇宙学距离上的恒星形成。

UV Background

1400至1850埃的紫外背景,上方的曲线代表中性氢高柱密度区域的辐射,下方的曲线为低柱密度区的辐射。

 

X射线背景辐射

在观测上,X射线背景辐射表现为光子特征能量40 keV的热辐射,对应温度4.6亿开尔文。它的起源是大量的早期离散源,通过对单独天区进行的高分辨率观测证实了这一点。

Lockman Hole

伦琴X射线卫星对大熊座洛克曼空穴(Lockman Hole)的观测结果,60%以上的河外X射线背景都可以被分解成离散源。(图片提供:Max Planck Institute)

这些辐射源的性质至今未知,不过最有可能是高红移区的活动星系核,也就是星系中心吸积物质的特大质量黑洞。不过光谱分析表明,X射线背景与邻近宇宙中的活动星系核有较大不同,有说法是认为活动星系核随红移会发生演化,或者借助于热的星系际介质参与其中。另一种可能的起源是X射线双星系统。

针对X射线背景的探测也起源太空时代早期。稍后的HEAO-1卫星则辨认出了可靠的辐射。其后爱因斯坦卫星解析出的点源即已解释了20%的均匀背景。晚些时候著名的伦琴X射线卫星,以及当下的钱德拉、XMM-牛顿等X射线空间望远镜也对此作过观测。

 

伽玛射线背景辐射

伽玛射线背景辐射至少延伸到了几百兆电子伏的能段。由于高能光子在传播过程中与光子和其他粒子会发生相互作用,连带探测仪器本身的限制,能接收到的该波段辐射并不强。

Gamma-ray Background

伽玛射线背景辐射与高银纬辐射的强度比较。(图片来源:Trombka and Fichtel 1983)

关于伽玛射线背景的可能起源,除了宇宙线与银河系内的辐射和物质相互作用之外,还有河外部分。关于后者的假说比较多,比如活动星系核、新星和超新星、原初微型黑洞的蒸发,暗物质湮灭,还有更具想象色彩的正反物质星系边缘粒子湮灭。这些假说有各自的检验方法和理论意义,但是本人没有查到定论。

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