【科學講堂】水缸捕捉蛛絲馬跡　　發現新微類星體

太空中充斥着各種高能量的輻射，這些輻射無法用肉眼觀測到，我們需要藉助特殊的天文儀器才能發現。大多數星系的中心存在一個質量密集的區域，由大量的恒星、等離子體和高能粒子等組成，稱為星系核，星系核的中央是一個超大質量的黑洞，持續以電磁輻射的形式釋放能量，其中能量最強大、活躍的星系核被科學家命名為類星體，今天要介紹的微類星體正是類星體的「表親」，與類星體極其相似，但其中心的黑洞質量遠小於類星體。自上世紀七十年代發現首顆微類星體（microquasar）後，近日，天文學家又發現了第二顆微類星體，亦會釋放出高能量的伽馬射線。

天體SS 433是人類發現的第一個微類星體，曾被著名科幻小說作家亞瑟·克拉克（Arthur C·Clarke）稱為「宇宙七大奇迹之一」。SS 433其實是一個有兩個天體的系統，一個是密度高的天體（大有可能是一顆黑洞），而另一個就是一顆超巨星（supergiant）。超巨星上的物料會因重力的關係而被黑洞吸引，然後再被黑洞以四分之一的光速噴發出來，甚至影響了附近的星雲。

這些噴發出來的物料其實也是自然的粒子加速器，當它們把能量傳向附近的粒子，可以把這些粒子加速至接近光速，也往往是人為的粒子加速器所不能企及的能量水平。

這些高能量的粒子向四處流竄，當遇上能量低的電子的時候，可以激發出伽馬射線；這些高能量粒子在磁場裏盤旋，亦會生產出X光。觀察這些高能量輻射、探究它們的來源，可以幫助我們了解粒子如何在銀河系甚至宇宙中被加速至如此高的速度。

近日，天文學家發現了另一個微類星體，運用了一個看起來不太像望遠鏡的儀器：高海拔水媒兆級契忍可夫伽馬射線天文台（High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory，HAWC）。這個天文台在墨西哥境內，位於海拔4,100米，由300個高4米、寬7米，且裝滿了水的水缸組成。

HAWC這樣的設計是為了量度高能量的輻射，在水中光線運行的速度要比在真空中低（大約四分之三），所以當高能量的粒子進入HAWC的水缸的時候，粒子會比光線在水中的速度要快，當介質中運動的電荷速度超過該介質中光速時，會發出一種伴有藍色輝光的電磁輻射，稱為契忍可夫輻射 (Cherenkov radiation)。HAWC水缸內側裝滿了感光器去量度這些契忍可夫輻射，從而測量出從天空而來的伽馬射線。

利用這一原理，HAWC得以記錄地球上的宇宙射線。伽瑪粒子本身不會到達行星表面。探測器記錄它們與大氣粒子相互作用的產物所傳出的伽馬粒子的能量，以及它們在望遠鏡接收方向上的投影，可以根據飛行軌跡計算伽瑪光子能量與來源。最終，天文學家從HAWC量度到的數據中推測出了第二顆微類星體：V4641射手座（V4641 Sagittarii）。

發現這個天體的過程凸顯了HAWC的特點，HAWC可以24小時連續地觀察整個天空。由於V4641射手座比較接近銀河系（在5度之內），假如運用視野較小的傳統望遠鏡，就可能無法發現了。

不過，HAWC觀察V4641射手座的技術還不算太有效率，所以在運用HAWC找出有研究價值的天體以後，可以再用傳統的望遠鏡作深入的觀察。

今次分享的科研發展，只是外太空行星探索的冰山一角。現時探測到的，還主要是類似木星的大型氣體行星，不過天文學家們已在慢慢把相同的技術用於尋找跟地球大小相若的行星。這些研究幫助確立相關的觀測和分析技術，所以對外太空行星探索的未來十分重要。不過要觀測地球大小的外太空行星，自然更加困難，需要我們繼續努力！

●杜子航 教育工作者

簡介：早年學習理工科目，一直致力推動科學教育與科普工作，近年開始關注電腦發展對社會的影響。