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伽瑪射線就像獵豹:它們是粒子世界中極具魅力的巨型動物。它們是最大可能能量的光,通常定義為波長小於 10–11 米的光——在這個領域,光的波動性難以觀察,而其粒子性則非常突出。每個伽瑪光子的能量都超過 100 千電子伏特 (keV),是可見光光子的 10 萬倍以上。有記錄以來最強大的伽瑪射線能量高達 100 太電子伏特 (TeV),遠遠超過粒子物理學家用他們最強大的儀器——大型強子對撞機——所能爆發出的任何能量。
創造如此極端的粒子需要相應極端的過程:以接近光速運動的粒子碰撞;物質和反物質的湮滅,這會根據愛因斯坦著名的方程 E = mc2 將它們的質量完全轉化為能量;能量從黑洞中洩漏出來;以及放射性衰變或核聚變反應中核能的釋放。(從技術上講,原子核發射的所有光子都被歸類為伽瑪射線,即使是罕見的能量小於 100 keV 的光子。)儘管這些過程可能非常極端,但我們每天都沐浴在它們的光芒中:陽光最初是太陽核心中的伽瑪輻射,並在其曲折地穿過上層氣體層的過程中降解為可見光。
然而,天文學家最感興趣的伽瑪射線來自死亡、垂死或致命的事物。當一顆大質量恆星在超新星爆炸中爆炸時,它的碎片會閃耀著伽瑪射線,而留下的恆星屍體——中子星或黑洞——具有如此強大的引力,以至於它驅動著伽瑪射線的持續產生。在星系的中心,質量為數十億顆恆星的黑洞會吸入物質,其中一些物質不會完全落入,而是以噴流的形式噴射出來,從而引發衝擊波併產生伽瑪射線。一些伽瑪射線尚未追溯到源頭,可能來自尚未被科學界所知的粒子的衰變或湮滅。如果星空看起來寧靜而溫和,那麼伽瑪射線則暴露了宇宙的真正暴力。