NASA DXL探空火箭解决了一个宇宙之谜，揭示了另一个

由美国国家航空航天局（NASA）资助的研究人员将一枚探空火箭送入了太阳密集的氦流后，称为氦聚焦锥，以了解太空中某些X射线的起源。（概念图未按比例绘制。）

一项新的研究证实了我们有关宇宙X射线来自何处的一些想法，并揭示了一整套并非来自任何已知来源的X射线。

在上个世纪，人类意识到太空中充满了我们看不到的光，从炽热的恒星和星系发出的红外信号，到来自宇宙各个角落的宇宙微波背景。填充空间的这种不可见光中的一些以X射线的形式出现，在过去的几十年中，X射线的来源受到了激烈的争论。

直到DXL探测火箭飞行之后，科学家才对X射线的来源有了确切的答案。DXL火箭是本地星系发出漫射X射线的简称。在2016年9月23日发表于《天体物理学杂志》上的一项新研究中，DXL的数据证实了我们对这些X射线来自何处的一些想法，从而加深了我们对太阳能邻居早期历史的理解。但是，这也揭示了一个新的谜团–整组X射线并非来自任何已知来源。

X射线发射的两个已知来源是太阳风，即充满太阳系的太阳材料之海，以及局部热泡（Local Hot Bubble，局部热泡），理论上是围绕我们太阳系的星际热物质的热区。

迈阿密大学的天体物理学家，研究的作者Massimiliano Galeazzi说：“我们证明了太阳风电荷交换的X射线贡献在银河平面中大约占40％，而在其他地方则更少。”“因此，其余的X射线必须来自本地热泡，证明它存在。”

但是，DXL还测量了一些高能X射线，这些射线不可能来自太阳风或局部热气泡。

这项研究的主要作者，进行这项研究时的迈阿密大学的天体物理学家尤拉吉·厄普雷蒂（Youaraj Uprety）说：“在更高的能量下，这些来源贡献的能量不到X射线的四分之一。”“因此，在此能量范围内存在未知的X射线源。”

自从我们首次发现会穿透空间的X射线发射以来的几十年中，人们已经提出了三种主要的理论来解释其起源。首先，并且很快被排除在外的是，这些X射线是一种背景噪声，来自宇宙的遥远范围。我们的银河系中有很多中性气体，它们会吸收来自遥远源头的X射线，这意味着这些X射线必须起源于我们太阳系附近的某个地方。

那么，什么能产生如此接近我们太阳系的X射线呢？科学家认为，太阳系周围包裹着巨大的热电离气体气泡，电子的能量足够高，可以释放出这样的X射线。他们称这种结构为“本地热泡沫”。

Galeazzi说：“我们认为大约在一千万年前，一颗超新星爆炸并电离了本地气泡的气体。”“但是一个超新星不足以产生如此大的空腔并达到这样的温度-因此随着时间的流逝它可能是两三个超新星，一个在另一个内。”

多年来，“本地热泡沫”一直是流行的理论。然后，在1990年代后期，科学家发现了X射线的另一种来源-这一过程称为太阳风电荷交换。

我们的太阳不断向各个方向释放太阳能，一种带电粒子流称为太阳风。像太阳一样，太阳风是由电离的气体组成的，电子和离子在其中分离。这意味着太阳风可以携带电场和磁场。

当带电的太阳风与中性气体层相互作用时，其中的电子和离子仍紧密地结合在一起，它可以从这些中性粒子中吸收电子，从而激发它们。当这些电子重新回到稳定状态时，它们会以X射线的形式失去能量，X射线的类型与以前认为是来自局部热气泡的X射线相同。

这种太阳风X射线源的发现给局部热泡理论提出了一个问题，因为唯一存在的迹象就是这些X射线观测结果。但是，如果确实存在热气泡，它可以告诉我们很多关于我们银河系角落的形成方式。

“确定局部热气泡的X射线贡献对于理解我们太阳系周围的结构非常重要，”现任田纳西州立大学天体物理学家的Uprety说。“它帮助我们在太阳附近建立更好的星际物质模型。”

区分太阳风产生的X射线和本地气泡产生的X射线是一个挑战-DXL就是在这里进来的。DXL乘坐所谓的探空火箭飞行，飞行了约15分钟。在地球大气层上方进行这几分钟的观测非常有价值，因为地球会阻挡大部分X射线，因此无法从地面进行类似的观察。这样的短时探测火箭提供了一种相对便宜的方法来收集可靠的太空观测结果。

DXL是第二个测量有问题的X射线的航天器，但与先前的任务-称为ROSAT的卫星不同-DXL在地球穿过称为氦聚焦锥的东西时飞行。氦聚焦锥是中性氦比其他内部太阳系密度高几倍的空间区域。

Uprety说：“太阳系正在以每秒约15英里的速度穿越星际空间。”“这个空间充满了氢气和氦气。氦气稍微重一点，所以它围绕着太阳雕刻成一条尾巴。”

由于太阳风的电荷交换依赖于许多中性物质的相互作用，因此测量氦聚焦锥中的X射线可以帮助科学家确定X射线的多少来自太阳风，以及多少–如果有的话-来自本地热泡泡。

DXL的数据显示，大多数观察到的X射线中约有40％来自太阳风。但是在更高的能量范围内，某些X射线仍然无法解释。DXL的观察表明，在较高能级的X射线发射中，不到四分之一来自太阳风，而且“局部热泡”也不是一个很好的解释。

Uprety说：“局部热气泡的温度不足以产生此能量范围内的X射线。”“因此，对于这些X射线的来源，我们还有待解决的问题。”

出版物：Y. Uprety等人，“对所有天空调查图的太阳风电荷交换贡献”，《天体物理学杂志》，2016年； doi：10.3847 / 0004-637X / 829/2/83