H.E.S.S. 在船帆座 Junior 中探测到脉冲星风星云

天文学家利用高能立体系统 (H.E.S.S.) 成功分离出了嵌套在 Vela Junior 超新星遗迹复杂壳层内的一个强劲伽马射线源。 这一具有里程碑意义的发现识别出了围绕 PSR J0855-4644 的脉冲星风云 (PWN)，揭示了银河系中最有效的轻子加速器之一。通过采用先进的 3D 建模技术，研究团队——包括 Y. Tian, S. Casanova, 和 Ł. Stawarz——解析了此前掩盖了该脉冲星独特特征的重叠高能辐射。此次探测以 12.2σ 的高统计显著性得到证实，为观测快速旋转的中子星与其周围环境之间的相互作用提供了罕见视角。

Vela Junior 区域（正式名称为 RX J0852.0-4622）因其作为明亮的 TeV 伽马射线源的地位，长期以来一直是深入研究的对象。该超新星遗迹位于银道面，呈现出具有挑战性的“壳状”形态，这种形态往往会掩盖较小的内部结构。位于此类遗迹内部的脉冲星被认为是卓越的轻子（电子和正电子）加速器，但要从更广泛的遗迹辐射中区分出它们的辐射，需要精密仪器和先进的数据分析。本研究旨在解开这些组成部分，以更好地了解这一复杂恒星墓地内的能量分布。

什么是脉冲星风云 (PWN)？

脉冲星风云 (PWN) 是由中心快速旋转的中子星（称为脉冲星）流出的带电粒子相对论性风所驱动的天体结构。 这些高能风产生终止冲击波，粒子在此经历极端加速，产生在射电、X 射线和高能伽马射线光谱中可见的非热辐射。与超新星遗迹中空的壳状结构不同，PWN 通常表现为中心增亮且紧凑的状态。

脉冲星风云是研究相对论性磁化等离子体在地球上无法模拟的条件下的巨大实验室。在 PSR J0855-4644 的案例中，星云是随着脉冲星风与周围介质或超新星抛射物内部相互作用而形成的。这种相互作用将脉冲星的旋转动能转化为高能粒子云，使其成为研究银河系内轻子加速的主要候选对象。

PWN 的光谱与 Vela Junior 有何不同？

与 PSR J0855-4644 相关的 PWN 光谱遵循独特的幂律分布，其最佳拟合指数为 ΓE = 1.81 ± 0.07stat，这使其区别于周围的遗迹。 虽然更广泛的 Vela Junior 超新星壳层表现出典型的激波加速粒子形态，但 PWN 表现出中心增亮的 TeV 辐射。这种能量相关的形态使得研究人员能够将星云解析为独立于壳层广阔伽马射线辉光的组成部分。

为了实现这一分辨率，研究团队对 H.E.S.S. 天文台收集的数据应用了全正向折叠法和 3D 建模。这种方法使他们能够“剥离” Vela Junior 系统中的图层，识别出属于 SNR 的若干组件以及一个与脉冲星坐标重合的特定延展组件。此次光谱分析的关键观测结果包括：

• 光谱指数： PWN 的指数为 1.81，明显硬于许多壳型遗迹，表明存在不同的加速机制。
• 磁场： 使用 XMM-Newton X 射线数据和 H.E.S.S. 伽马射线数据进行的单区轻子联合拟合，确定了磁场的下限为 1.6μG。
• 形态学： 辐射在物理位置上与脉冲星重合，表现出随能量演化的形态，这是脉冲星风云的经典特征。

该区域的轻子加速具有哪些意义？

在该区域探测到高能 PWN 证实了 PSR J0855-4644 是一个高效的电子和正电子加速器。 这些发现为脉冲星磁层中的粒子产生模型提供了关键限制，并有助于解释 PAMELA 和 AMS-02 等实验在宇宙射线数据中观察到的正电子过剩。通过识别这一源，科学家可以更好地描绘银河系中宇宙粒子加速器的分布。

脉冲星风终止冲击波处的轻子加速是银河系高能辐射预算的主要贡献者。H.E.S.S. 数据显示 PSR J0855-4644 的 PWN 与已知的 TeV 脉冲星风云族群一致，而其位于著名的超新星遗迹之内的位置，使其成为研究演化的理想样本。观测到的光谱指数 α = 1.88 ± 0.01 进一步加强了相关理论，即这些天体是穿越星际空间的大部分超高能轻子的来源。

这项研究的成功很大程度上归功于先进的 3D 分析技术，这些技术使团队能够从噪声背景中分离出 12.2σ 的信号。通过成功解析 Vela Junior 区域的辐射成分，研究人员展示了调查银道面其他复杂、重叠源的范本。这种精度对于建立关于脉冲星与其亲本超新星事件相比，对星际介质贡献了多少能量的全面普查至关重要。

Vela Junior 区域的未来

未来对 PSR J0855-4644 的研究可能会集中在更高分辨率的成像上，以进一步界定脉冲星风与 SNR 壳层之间的边界。 随着 Cherenkov Telescope Array (CTA) 等下一代天文台的上线，天文学家预计将看到星云结构更精细的细节。这些未来的观测将有助于确定脉冲星风目前是否正在与超新星的反向冲击波发生相互作用，这一阶段会引发星云光度和粒子光谱的显著变化。

了解这些系统的长期演化对于重建银河系恒星形成和爆炸性死亡的历史至关重要。H.E.S.S. 合作组织的工作已将复杂的伽马射线“光斑”转化为脉冲星及其遗迹的详细图谱，证明了即使是“隐藏”的源也可以通过正确的分析工具找到。目前，PSR J0855-4644 证明了中子星作为宇宙中最强大的粒子引擎之一的力量。