科学家们是如何通过X射线来观测宇宙的不同部分

跟着人类对世界探索的不断深入，咱们开始对各类天体的演化过程更加了解，也对世界的构成有了清晰的轮廓。虽然这个看似熟悉的世界依然充满着许多不知道，但至少咱们知晓了世界的大部分物质都是漆黑的，且无法经过现在的任何技术完成对它的直接观测。那些构成行星或的质子、中子和电子，都仅仅是世界质量和能量中极小的一部分，科学家们现在能做的便是经过X射线，去提醒其余关于世界漆黑部分的秘密。X射线天体物理学，不仅能够协助咱们了解自己身处的这个世界，更是物理学探索中至关重要的一个部分。那么，科学家们是如何经过X射线来观测世界的不同部分，以及咱们中的各大天体？

X射线如何探测的黑暗部分

众所周知，暗能量和是世界中最大的两个部分，也是漆黑世界的主要构成。在世界的所有物质构成中，尽管人类目前对它们的了解相对较少，但可以确认世界的终究命运走向，便主要由这两种物质共同决定。在一般情况下，暗物质会将世界的漆黑部分集合在一起，而暗能量则往往会将它驱散，若要充分的了解这样的世界事件，咱们需求用到全部或许有利于观测的科学东西。在20世纪末的时候，咱们对世界的看法受到了很大的震动，因为大爆炸之后的世界加速胀大，其扩张的速度并没有跟着时刻而减缓。

世界的这种加快现象是一种奥秘的暗能量形式，还是缺乏对于引力的了解？X射线天文学正在经过强壮的技术研究，以处理这个困扰已久的难题，而且，这些技术目前正在选用，在之后的时间里也会提出更多其他更好的方法。而世界的另一个重要不知道物质，它的姓名叫做暗物质。我们可以经过调查世界中目前已知物质的引力效应，从而推断出世界剩余的85%都是由不会发光的物质所构成，而且，它们拥有与恒星和行星彻底不同的物质组成。科学家们可以经过X射线来研究暗物质在各种环境中带来的影响，以完成对遍及于世界中的这种奥秘物质的性质有所收成。

利用X射线挖掘可观察的宇宙

若将世界的整个组成描述为一个馅儿饼，那么咱们能用眼睛和望远镜所看到的一切，仅占据这个馅饼的5%左右，这个数据包含了星际气体与尘土、恒星和行星等所有可见部分。在发现暗物质之前，咱们曾以为这5%就是整个世界的所有构成。现在，科学家们开端通过计算机、望远镜等先进的东西进行可观测世界中的探究，包含哪些令人兴奋的物体、现象和事件的信息，咱们能够通过这些细小但重要的内容，窥视到更大的黑暗世界。在现已过去的十多年时间里，地理科学家们验证了X射线是世界探究东西箱的基本组成

部分，即一个宇宙中的许多波长

在可见世界的组成部分中，星系团算得上是最重要的结构，这些巨大的物体所包含的独自星系乃至能够达到数千个。它们经过重力结合在一起，沉浸在巨大的热气云中，并被大量不行见的暗物质所集合。在钱德拉等X射线卫星的观测下，能够收集到这些热气体在不同温度下的辐射情况，其实践质量远超过该星系自身。因为星系团自身的质量和大小，以及丰富的暗物质储量，让其成为了研讨整个世界性质的名贵实验室。比如，世界中最巨大的星团之一珀尔修斯集群，就是包含了数千个星系、质量相当于数万亿个太阳的一个巨大星系团。整个集群的内部区域因为声波而被加热气体，阻碍了气体冷却以高速率的制作恒星，一起也说明了在该系星的中心，存在一个相对微小但巨大的，因为它的控制规模远超出了星系规模内的气体加热和冷却。

当一颗恒星以剧烈爆破的方法来完毕自己的生命之时，亮堂的超也而发生，而且超越了它们的“家庭”星系。在它们的生命演化周期中，恒星会将氦气和氢气转化为更复杂的重元素，然后在恒星爆破的时候散布到太空中。比方，咱们地球上包含生命在内的所有东西，其实都应该归功于上一代超新星的恒星灭亡。那些超新星中的参加物质，在X射线光中的发光时间乃至可以到达数千年，并在这个过程中向灵敏的X射线望远镜传递它们的隐秘信息。比方，科学家们观测到的中最年轻的超新星遗址Cassiopeia A（简称Cas A），在钱德拉的图像中，蓝色的纤细弧线呈现了爆破所发生的胀大冲击波发生了加速，而其间绿色和红色的区域，则显现了那些被损坏、且已被加热至数百万度的恒星物质。

或许你有所不知，在最近的附近世界中，大约有一半的重子物质都处于下落不明的状况，也便是所谓的中子和质子，存在于早期世界中的它们去了哪里呢？关于这个问题的答案，其中有一个这样相对最合理的推论，即那些缺失的中子，成为了一个极端涣散的“网状气体云体系”的构成部分，参加了星系和星系团的形成。而检测这些缺失的重子有一个最好的办法，那便是它们微弱却而已被观察到的X射线特征。比方，被探测到的Mkn 421X射线吸收现象，若该星系际X射线吸收云的巨细和散布都具有代表性，那么，该光谱就可以证明世界中的大部分原子和粒子都位于我们难以看到的世界网中。

来自太阳系物体的X射线辐射

虽然太阳系中的彗星、卫星和行星的温度，远低于发生世界X射线应该具有的温度条件，但科学家们现已发现这些较冷天体发生X射线的不同方式，这些来自太阳系物体的X射线辐射，为科学家们提供了其他望远镜难以获取的许多重要信息。在地球延伸的外层大气中，地冕中的氢原子与碳、氧和氖离子之间发生磕碰，然后便有了地球的地冕X射线证据。科学家们将这个进程称为电荷交换。当大气中电子的中性原子和太阳风中的粒子之间发生交换，移动到更紧凑轨道的电子会发射出X射线，而这些X射线的能量，便等于电子轨道能量状态的差异。科学家们能够使用电荷交换进程中磕碰能量的X射线光谱，与具有灵敏X射线光谱仪的其他进程区分开来。在整个太阳能体系中，都运转着这样的电荷交换进程，且对于彗星而言尤为重要。咱们都知道，在彗星的周围布满了尘埃和气体云，研究人员对彗星大气中电荷交换所引起的X射线进行研究，能够提供彗星旋转和彗星大气结构的信息，以及太阳风中存在元素的重要提示。而在不远的将来，科学家们需要进一步探测太阳系中、恒星周围数百颗彗星集合中的X射线，那些相对年青的恒星具有更微弱的恒星风，成为了最好的探索目标挑选。

从位置上来说，金星和地球处于相对的方向，来自金星和某种程度上的地球X射线，都是因为太阳X射线照射到大气中的荧光，金星的钱德拉图画呈现出了半月牙的外观。在行星外表上方大约120公里的当地，被吸收的太阳X射线将电子从原子内部推出，从而将原子激发到了更高能级，康复低能状态的原子发出了荧光X射线。而来自火星大气中氧原子的荧光X射线，与金星上的具有很高相似性，即使是巨大的沙尘暴也不会对X射线的强度带来任何变化。而那些位于火星外表7000公里左右的当地，也勘探到了弱小的X射线光环，它们的存在可能与火星脆弱的极端高层大气和太阳风电荷的交换进程有关。木星因本身存在的强大磁场，总能以不同的方式发生X射线的环境，比如，当那些来自太阳的高能粒子被捕获，便会在其磁场中加快，直到到达极性区域发生X射线。它们会和木星大气中的原子发生磕碰，在木星的北极和南极附近都具有强烈的X射线浓度，而弱赤道X射线发射，则可能是受到了太阳X射线的反弹。一起，因为月球外表也受到了来自太阳的X射线影响，导致来自月球的X射线是因为“荧光”而发生。当月球外表上的原子吸收了太阳X射线，电子会从原子内部撞出、并激发更高的能级。跟着荧光X射线的发射，原子几乎立刻就康复到了较低能量时的状态，并以相似的方式，紫外光发生了荧光灯一般的可见光。因为荧光X射线原子的独特性，科学家们可以使用这种X射线来勘探其间存在哪些元素。