我们如何观测银河系之外的天体？
费米望远镜观测到的射线通常是来自一些超大质量的黑洞（图片来源：pixabay）
无论是银河系更遥远的区域，或是放眼整个宇宙，绝大部分的空间都是极不稳定的地方。这些人类无法目之所及的地方通常存在着大量奇特的天体，但是科学家想要了解和研究它们却十分困难。不过幸运的是，在极端条件的影响下，这些天体会向外释放电磁辐射，科学家可以利用这些射线，进一步转化成有价值的数据信息。通过这个方法，科学家就能够描述这些难以直接观测的天体。
2008年，美国国家航空航天局发射了搭载“费米太空望远镜”的火箭。这个以意大利物理学家名字命名的空间望远镜，正是科学家捕捉遥远宇宙中射线信息的利器。仅在过去几年里，费米望远镜就观测到了超过三千个伽马射线源。伽马射线是原子衰变裂解时释放出的射线之一，是波长短于0.01纳米、穿透力极强的电磁波。费米望远镜观测到的这些射线通常是来自一些超大质量的黑洞。
与我们所熟悉的热辐射发光不同，这些处于遥远宇宙中的天体只会产生能量极高的X射线和伽马射线，无论是人眼、光学望远镜或是红外望远镜都无法进行正常观测。费米望远镜则是一种完全不同的观测仪器，它被发射到会阻隔伽马射线的大气层之外，它拥有能够转化伽马光子的大面积望远镜。经过对转化后粒子性质的处理与分析，费米望远镜可以还原出原射线的能量与入射角度，进而定位射线源位置和判断天体类型。
观测数据的图像化展示（图片来源：见参考文献）
截至2018年，在费米望远镜观测到的所有辐射源中，大约有80% 是来自于遥远星系中的“耀变体”。耀变体就是吸入物质后向地球方向发射粒子流和辐射的超大质量黑洞。当我们需要研究耀变体的性质与产生过程时，费米望远镜的观测数据就起到了极大的作用。通过分析数据之间的差异，科学家还可以从中找到不同类型的耀变体。
有10% 的辐射源是银河系内的“超新星遗迹”或“脉冲星风云”，它们就是爆炸后的恒星及所产生的中子星等所构成的新天体。这些辐射源距离我们相对较近，因此科学家可以得到更为准确的数据。进一步，我们能够从中分析出这些天体的结构，对天鹅座蚕茧星云的研究正是一个实例。
另外还有10% 的辐射源暂时无法分类，但一些科学家认为其中有理论物理学领域所期待的天文观测证据。例如，关于暗物质是否存在的问题。根据理论，暗物质粒子湮灭时释放的光子正好在费米望远镜的观测范围之内，如果可以得到确认，那么这将是引力效应之外的新证据。
一些辐射源距离我们相对较近，科学家可以得到更为准确的数据（图片来源：pixabay）
人类自古以来就有对于星空无穷的好奇心。过去，我们曾经凭着肉眼观察到了离我们最近的几颗行星。随着科学技术的进步，天文学家又逐步发现了太阳系的其他行星。直到今天为止，银河系之中各式各样的天体也已经被人们逐一认识。
在未来几年里，费米望远镜将持续进行过往所制定的长期观测项目，并且新的观测计划、以及与其他太空观测设备的协作也已经提上日程。科学家将根据观测到的新信息，继续描绘整个宇宙的图景。
科学家可以从任意一个辐射源出发，去探寻一个尚未知晓的遥远世界。费米望远镜或其他太空观测设备，正是人们所搭设的、通往未知目的地的桥梁。这些辐射源就如同宇宙中的一个个灯塔，指引着我们找到正确的方向。
原创稿件
制作 叶鹏飞
审校 赵峥 北京师范大学物理系教授
参考文献：Ajello, M., Atwood, W. B., Baldini, L., Ballet, J., Barbiellini, G., Bastieri, D., . . . Wood, M. (2017). 3FHL: The Third Catalog of Hard Fermi-LAT Sources. The Astrophysical Journal Supplement Series, 232(2), 18.
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