从天王星发现的第一批X射线

钱德拉在2002年和2017年的观测中捕获了来自天王星的第一批X射线,这一发现可能有助于科学家进一步了解这颗冰巨星。研究人员认为,大多数X射线来自太阳X射线,它们从天王星的大气层及其环形系统散射出去。一些X射线也可能来自天王星上的极光,这是以前在其他波长上观察到的现象。这张天王星图像是夏威夷凯克望远镜(蓝色和白色)发出的光学光和钱德拉(粉色)发出的X射线数据的合成。
信贷:X射线:NASA/CXO/伦敦大学学院/W.Dunn等人;光学:W.M.Keck天文台

天文学家利用美国宇航局钱德拉X射线天文台首次探测到来自天王星的X射线。这一结果可能有助于科学家进一步了解我们太阳系中这颗神秘的冰巨星。

天王星是太阳系的第七颗行星,它的赤道周围有两组光环。这颗行星的直径是地球的四倍,它的侧面自转,使它不同于太阳系中的所有其他行星。由于旅行者2号是唯一一艘飞越天王星的航天器,天文学家目前依靠离地球更近的望远镜,如钱德拉和哈勃太空望远镜,来了解这颗几乎完全由氢和氦组成的遥远而寒冷的行星。

在这项新的研究中,研究人员使用了2002年和2017年在天王星进行的钱德拉观测。他们从最近刚刚分析的第一次观测中发现了清晰的X射线,并在15年后获得的观测中发现了可能的X射线耀斑。主图显示了2002年的钱德拉X射线天王星图像(粉红色),与2004年另一项研究中获得的Keck-I望远镜的光学图像叠加。后者显示,这颗行星的方位与2002年钱德拉观测时大致相同。

是什么导致天王星发射X射线?答案是:主要是太阳。天文学家观察到,木星和土星都会散射太阳发出的X射线,类似于地球大气层散射太阳光的方式。虽然新天王星研究的作者最初预计,探测到的大多数X射线也来自散射,但有诱人的迹象表明,至少还有一个X射线源存在。如果进一步的观察证实了这一点,它可能会对理解天王星产生有趣的影响。

一种可能是天王星的光环本身产生了X射线,这就是土星光环的情况。天王星在其附近的空间环境中被电子和质子等带电粒子所包围。如果这些高能粒子与光环相撞,它们可能导致光环在X射线中发光。另一种可能性是,至少有一部分X射线来自天王星上的极光,这一现象以前在这颗行星上的其他波长上也观察到过。

在地球上,我们可以看到天空中五颜六色的极光,这是高能粒子与大气相互作用时产生的。X射线是在地球极光中发射的,高能电子沿着地球的磁力线到达两极后产生,并被大气减慢。木星也有极光。来自木星极光的X射线来自两个来源:沿磁力线运动的电子,如地球上的电子,以及落在木星极地的带正电的原子和分子。然而,科学家们对天王星上极光的成因还不太确定。钱德拉的观察可能有助于解开这个谜。

天王星是一个特别有趣的X射线观测目标,因为它的自旋轴和磁场的不寻常的方向。虽然太阳系其他行星的自转轴和磁场轴几乎垂直于其轨道平面,但天王星的自转轴几乎平行于其绕太阳的轨道。此外,当天王星向一侧倾斜时,它的磁场也会发生不同程度的倾斜,并偏离行星的中心。这可能导致它的极光异常复杂多变。确定来自天王星的X射线的来源可以帮助天文学家更好地了解太空中更多的奇异物体,如成长中的黑洞和中子星,是如何发射X射线的。

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一篇描述这些结果的论文发表在最近一期的《科学》杂志上地球物理研究杂志. 作者是威廉·邓恩(英国伦敦大学学院)、扬·乌韦·内斯(法国马赛大学)、劳伦特·拉米(法国巴黎天文台)、格兰特·特雷姆布雷(哈佛和史密森天体物理中心)、格拉齐拉·布兰杜迪·雷蒙(伦敦大学学院)、布拉德福德·斯尼奥斯(CfA)、拉尔夫·卡夫(CfA),Z.Yao(中国科学院,北京),Affelia Wibisono(伦敦大学学院)。

美国宇航局的马歇尔太空飞行中心管理钱德拉计划。史密森天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥的科学和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。

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